WO2017048104A1 - 다중 해상도 3차원 엑스선 영상 재구성 장치 및 방법 - Google Patents

다중 해상도 3차원 엑스선 영상 재구성 장치 및 방법 Download PDF

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WO2017048104A1
WO2017048104A1 PCT/KR2016/010425 KR2016010425W WO2017048104A1 WO 2017048104 A1 WO2017048104 A1 WO 2017048104A1 KR 2016010425 W KR2016010425 W KR 2016010425W WO 2017048104 A1 WO2017048104 A1 WO 2017048104A1
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ray image
region
projection
ray
interest
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PCT/KR2016/010425
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Inventor
배웅
서동완
최성일
Original Assignee
(주)바텍이우홀딩스
주식회사 바텍
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Publication date
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    • A61B6/51—
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]

Definitions

  • the present invention relates to a multi-resolution 3D X-ray image reconstruction apparatus and method capable of acquiring a 3D X-ray image having a higher resolution than a surrounding region.
  • an X-ray imaging apparatus includes an X-ray source, an X-ray sensor, and an image processor.
  • the subject is positioned in a field of view (FOV) 2 between the X-ray source 4 and the X-ray sensor 5, and the imaging area 2
  • FOV field of view
  • the X-ray source 4 and the X-ray sensor 5 rotate oppositely along the rotation axis 3 passing through the center of the X-ray source
  • the X-ray source 4 irradiates X-rays
  • the X-ray sensor 5 receives X-rays and passes through the subject.
  • Projection X-ray image data of various directions is acquired.
  • Each of the projection X-ray image data obtained in the above manner is a 2D X-ray image
  • the image processor obtains a 3D X-ray image of the subject by reconstructing the projection X-ray image data in various directions into a 3D X-ray image.
  • Common reconstruction algorithms include BP (Back Projection), FBP (Filter Back Projection), and FDK (Feldkamp, Davis and Kress).
  • the time required for reconstructing projection X-ray image data in various directions into a 3D X-ray image includes a size of a voxel, a size of a photographing area (FOV), and a projection X-ray image data used for reconstruction.
  • the number varies, the performance of the hardware used for reconstruction, the reconstruction algorithm used for reconstruction, and the like.
  • the present invention seeks to reduce the time required for X-ray image reconstruction.
  • the present invention is to provide a high-resolution three-dimensional X-ray image for the region of interest that the user mainly wants to see while reducing the time required to reconstruct the X-ray image.
  • the apparatus of the present invention for achieving the above object, the projection X-ray image acquisition unit for obtaining the projection X-ray image data for the subject, the image partition unit for partitioning the projection X-ray image data into the peripheral region and the region of interest, and advance the peripheral region
  • An image reconstruction unit for reconfiguring at a set resolution and reconfiguring the region of interest to have a higher resolution than the resolution of the surrounding region, and a display unit for displaying the reconstructed surrounding image and the image of interest together.
  • the method of the present invention for achieving the above object, obtaining the projection X-ray image data for the subject, partitioning the projection X-ray image data into the peripheral region and the region of interest, the peripheral region has a preset resolution And reconstructing the region of interest to have a higher resolution than the resolution of the surrounding region and displaying the reconstructed surrounding image and the image of interest together.
  • the present invention reduces the time required for reconstruction by dividing the photographing region into regions of interest and surrounding regions and reconstructing them into different voxel sizes.
  • the present invention provides a high resolution region of interest image by reconstructing the region of interest to a higher resolution than the resolution of the surrounding region.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a method of photographing a general X-ray imaging apparatus
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship between a photographing area, an X-ray source, and an X-ray sensor
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a multi-resolution X-ray reconstruction apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a method of obtaining projection X-ray image data
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a section in which a region of interest is set
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a reconstruction process of arbitrary projection X-ray image data.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a method of obtaining projection X-ray image data according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship between the photographing area 2, the X-ray source 4, and the X-ray sensor 5.
  • the photographing area 2 has a predetermined width w1 and a height t1.
  • the imaging area 2 is cylindrical. Can be.
  • the ROI exists in the imaging area 2 and is an area which is helpful for the diagnosis of the subject, that is, an area which the user wants to see with interest.
  • the subject may be a head, and the region of interest may be an arch.
  • X-ray imaging of a subject is performed after placing the subject at a pre-prepared position inside the photographing area 2, so that the subject is present at a consistent position of the projection X-ray image data and reconstructed the projection X-ray image data. Even in the 3D X-ray image, the subject is present at a consistent position of the 3D X-ray image.
  • the region of interest is the archery
  • the archery (region of interest) present in the 3D X-ray image is present at a consistent position.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a multi-resolution X-ray reconstruction apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • a multi-resolution X-ray image reconstruction apparatus may include a projection X-ray image acquisition unit 100, an image partitioner 200, an image reconstruction unit 300, and a display unit 400.
  • a multi-resolution X-ray image reconstruction apparatus may include an input unit, a controller, a storage unit, and the like, and include a projection X-ray image acquisition unit 100 and an image partition unit 200.
  • At least some of the image reconstruction unit 300, the display unit 400, the input unit, the control unit, and the storage unit may be implemented as a single or a plurality of computer devices.
  • the input unit may be a mouse.
  • the input unit may include a keyboard of the computer, a keypad, a touchpad, etc., but the type of the input unit is not limited thereto.
  • the input unit may include a graphic user interface that can be controlled using the above-described input unit.
  • the controller corresponds to a central processing unit that generally controls the operation of the multi-resolution X-ray image reconstruction apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • the control unit includes Application Specific Integrated Circuits (ASICs), Digital Signal Processors (DSPs), Digital Signal Processing Devices (DSPDs), Programmable Logic Devices Implemented using at least one of devices (PLDs), field-programmable gate arrays (FPGAs), processors, controllers, micro-controllers, and microprocessors Can be.
  • ASICs Application Specific Integrated Circuits
  • DSPs Digital Signal Processors
  • DSPDs Digital Signal Processing Devices
  • PLDs Programmable Logic Devices Implemented using at least one of devices
  • FPGAs field-programmable gate arrays
  • processors controllers, micro-controllers, and microprocessors Can be.
  • the control unit may also be implemented as a firmware / software module executable on the hardware platform described above. In this case, the firmware / software module may be implemented by one or more
  • the storage unit stores various images, variable values, or first projection X-ray image data, final processed 3D X-ray image data, and intermediate processed X-ray image data for operation control of the multi-resolution X-ray image reconstruction apparatus according to an embodiment of the present invention. Etc. will be stored.
  • the storage unit may include a flash memory type, a hard disk type, a multimedia card (MMC), a memory of a card type (eg, a Secure Digital (SD) card or an XD).
  • MMC multimedia card
  • SD Secure Digital
  • the magnetic memory device may be implemented as a storage medium of any one of a magnetic memory, a magnetic disk, and an optical disk. However, one of ordinary skill in the art will appreciate that the implementation of the storage device is not limited thereto.
  • the display unit 400 is an image output device capable of outputting an image.
  • the display unit 400 may include various display devices such as an LCD display, an LED display, an AMOLED display, a CRT display, and particularly, a touch display device.
  • the input unit may be replaced with a touch display device.
  • a projection X-ray image acquisition unit 100, an image partitioner 200, and an image reconstruction unit 300 are mounted on at least one of the controller or the storage unit as a main part of the multi-resolution X-ray image reconstruction apparatus according to an embodiment of the present invention. Can be.
  • the projection X-ray image acquisition unit 100 acquires projection X-ray image data of various directions with respect to a subject.
  • the projection X-ray image acquisition unit 100 may include an X-ray imaging apparatus including an X-ray source 110 and an X-ray sensor 130 or may be connected to the X-ray imaging apparatus by wire or wireless.
  • the X-ray imaging apparatus may be, for example, a dental beam beam CT (CBCT) device.
  • CBCT dental beam beam CT
  • the X-ray imaging apparatus includes an X-ray source 110 and an X-ray sensor 130 that face each other with an imaging area on which a subject is placed therebetween.
  • the X-ray source 110 and the X-ray sensor 130 rotate about the rotation axis 150 passing through the substantially center of the shooting area with the shooting area therebetween, and the X-ray source 110 irradiates the X-ray, and the X-ray sensor 130 By receiving the X-rays, projection X-ray image data in various directions with respect to the photographing area is obtained.
  • projection X-ray image data of various directions of the photographing area is transmitted to the projection X-ray image acquisition unit 100 of the multi-resolution X-ray image reconstruction apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the image partitioner 200 divides the photographing region into the ROI 190 and other peripheral regions, and divides projection X-ray image data of various directions passing through the photographing region into the ROI 190 and the peripheral region. do.
  • the region of interest 190 is preset to include the region of interest 170 of the subject, as shown in FIG. 5.
  • the region of interest 170 may be an arch
  • the region of interest 190 may be a horseshoe shape including the arch.
  • the ROI 190 may be set by a user, and may be set and adjusted through the input unit before and after the projection X-ray image acquisition unit 100 acquires projection X-ray image data in various directions.
  • the image partitioner 200 includes the region of interest 170 of the subject in the photographing area by using a feature in which the region of interest 170 of the subject is present at a consistent position in the photographing area in 3D X-ray imaging, such as CT.
  • the projection X-ray image data of the ROI 190 is divided into the ROI 190 and a peripheral region.
  • the ROI 190 of the subject when the ROI 190 of the subject includes a arch, the ROI 190 may be set to a horseshoe shape as illustrated in FIG. 5.
  • the image partitioner 200 divides all the projection X-ray image data into the ROI 190 corresponding to the horseshoe-shaped area and the peripheral area corresponding to the other area.
  • horseshoe shape is for illustration only, any shape using at least one polygon, circle, oval, or a combination thereof may be used.
  • the region of interest 190 of the subject when the region of interest 190 of the subject includes the arch, the region of interest 190 is present between the jaw 171 and the sinus 173 of the subject, as shown in FIG. 6.
  • the region of interest 190 will be in the form of a horseshoe-shaped pillar.
  • the image reconstructor 300 reconstructs the region of interest 190 partitioned by the image partitioner 200 with a high resolution having a relatively small voxel size, and reconstructs the surrounding area partitioned by the image partitioner 200 larger than that. Reconstruct with relatively low resolution of voxel size. For example, assuming that the unit pixel size of the X-ray sensor is 0.1 mm, the ROI 190 is reconfigured into a voxel having a predetermined size with each side of 0.1 mm or more, and the peripheral region is relatively larger than the voxels of the ROI 190. Reconfigure into a voxel of a certain size larger than 0.1mm, preferably about 0.4mm.
  • the image reconstructor 300 may acquire projection X-ray image data in which the ROI 190 has a higher resolution than the surrounding area.
  • the algorithm used for reconstruction of the projection X-ray image data may include BP (Back Projection), FBP (Filter Back Projection), FDK (Feldkamp, Davis, and Kress).
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a reconstruction process of arbitrary projection X-ray image data.
  • the photographing region FOV is transmitted to a portion of the ROI 190 to be received by the first and second pixels P1 and P2 of the X-ray sensor, respectively. Only a part of the projection X-ray image data is examined.
  • the X-rays radiated from the X-ray source are transmitted to the X-ray sensor 130 and received by the X-ray sensor 130, and thus, the first and second values p1 are respectively from the first and second pixels P1 and P2 of the X-ray sensor 130. , p2) is generated.
  • Such a two-dimensional array of pixel values becomes a value of projection X-ray image data, and each projection X-ray image data is transferred to the projection X-ray image acquisition unit 100.
  • the image partitioner 200 divides the photographing area into the ROI 190 and other peripheral areas, and divides projection X-ray image data of various directions passing through the photographing area into the ROI 190 and the surrounding area.
  • the image reconstructor 300 reconstructs the region of interest 190 with a relatively high resolution of a relatively small voxel size and reconstructs the peripheral region partitioned by the image partitioner 200 with a relatively low resolution of a larger voxel size.
  • the voxel size of the ROI 190 corresponds to the size of one pixel of the X-ray sensor 130 and that the voxel size of the peripheral area corresponds to the size of two pixels of the X-ray sensor 130.
  • 300 assigns the first and second values p1 and p2 of the first and second pixels P1 and P2 to the voxels R1 and R2 forming the ROI, and the first and second pixels to the voxels B1 forming the peripheral region.
  • An average value of the first and second values p1 and p2 of (P1, P2) that is, an average value of the first and second values (p1 and p2) of binning the first and second pixels P1 and P2. do.
  • the projection X-ray image data includes a two-dimensional array of the plurality of pixel values of the X-ray sensor 130 for each direction
  • the image reconstructor 300 is configured to respectively project the peripheral region of the projection X-ray image data in various directions.
  • a relatively large number of n (where n is greater than 1) first pixel values are assigned to the first voxel, and a relatively small m number (where m is greater than 0 and less than m) to the second voxel of the region of interest. Reorganize by assigning values.
  • the size of the first voxel is larger than the size of the second voxel
  • the first and second pixel values may represent an average value of n and m pixel values or one of n and m pixel values, respectively.
  • the image reconstructor 300 reconstructs the ROI 190 with a relatively high resolution of a relatively small voxel size for each projection X-ray image data, and reconstructs the surrounding area partitioned by the image partitioner 200 with a larger voxel size. Reconstruct with a relatively low resolution of.
  • the pixel size of the X-ray sensor 130, the voxel size of the region of interest and the peripheral region can be modified in various ways, the peripheral region is at least one average of the corresponding pixel value In addition to the assignment, it is also possible to assign any pixel value as a representative value.
  • the display unit 400 displays a 3D X-ray image generated by the image reconstructor 300, that is, a 3D X-ray image including a peripheral region reconstructed with different voxel sizes and the ROI 190. do.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a multi-resolution X-ray image reconstruction method according to an embodiment of the present invention. Since a specific embodiment has been described above in detail with reference to the multi-resolution X-ray image reconstruction apparatus of FIG. The process will be briefly described.
  • projection X-ray image data of various directions is acquired with respect to a subject (S510).
  • the projection X-ray image data is partitioned into a peripheral area and the ROI 190 (S530).
  • the region of interest 190 may be preset to include the region of interest of the subject.
  • step S530 the peripheral region partitioned in step S530 is reconfigured to a predetermined low resolution of a relatively large voxel size (S550).
  • the region of interest 190 partitioned in step S530 is reconfigured to a high resolution of a relatively small voxel size so that the region of interest 190 has a higher resolution than that of the surrounding region (S570).
  • the ROI 190 may be reconfigured into voxels of 0.1 mm or more in each side, and the peripheral region may be reconfigured in voxels of 0.4 mm or more in each side.
  • the ROI 190 may acquire a multi-resolution 3D X-ray image having a higher resolution than that of the peripheral region.
  • step S550 and S570 a multi-resolution 3D X-ray image including a peripheral area having different resolutions and the ROI 190 is displayed (S590).

Abstract

본 발명은 사전 설정된 관심 영역이 주변 영역보다 고해상도를 가지는 다중 해상도 3차원 엑스선 영상을 제공하는 다중 해상도 엑스선 영상 재구성 장치 및 방법에 관한 것이다. 이를 위하여, 본 발명은 피검체에 대해 프로젝션 엑스선 영상 데이터를 획득하는 프로젝션 엑스선 영상 획득부, 프로젝션 엑스선 영상 데이터를 주변 영역과 관심 영역으로 구획짓는 영상 구획부, 주변 영역을 사전 설정된 해상도로 재구성하고, 관심 영역이 주변 영역의 해상도보다 높은 고해상도를 갖도록 재구성하는 영상 재구성부 및 재구성된 주변 영상과 관심 영상을 함께 디스플레이하는 디스플레이부를 구비한다.

Description

다중 해상도 3차원 엑스선 영상 재구성 장치 및 방법
본 발명은 관심 영역이 주변 영역보다 상대적으로 고해상도를 가지는 3차원 엑스선 영상을 획득할 수 있는 다중 해상도 3차원 엑스선 영상 재구성 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 엑스선 영상 촬영 장치는 엑스선 소스, 엑스선 센서 및 영상 처리부를 구비한다.
이러한 엑스선 영상 촬영 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 엑스선 소스(4)와 엑스선 센서(5) 사이의 촬영 영역(FOV: field of view)(2)에 피검체를 위치시키고, 촬영영역(2)의 중심을 지나는 회전축(3)을 따라 엑스선 소스(4)와 엑스선 센서(5)가 대향 회전하면서 엑스선 소스(4)가 엑스선을 조사하고 엑스선 센서(5)가 엑스선을 수광하여 피검체를 투과하는 여러 방향의 프로젝션 엑스선 영상 데이터를 획득한다.
상기와 같은 방식으로 획득된 프로젝션 엑스선 영상 데이터 각각은 2차원 엑스선 영상이며, 영상 처리부에서 여러 방향의 프로젝션 엑스선 영상 데이터를 3차원 엑스선 영상으로 재구성함으로써 피검체에 대한 3차원 엑스선 영상을 획득한다. 일반적인 재구성 알고리즘으로는 BP(Back Projection), FBP(Filter Back Projection), FDK(Feldkamp, Davis 및 Kress) 등이 있다.
한편, 여러 방향의 프로젝션 엑스선 영상 데이터를 3차원 엑스선 영상으로 재구성하는데 소요되는 시간은 3차원 엑스선 영상의 기본 단위인 복셀의 크기, 촬영 영역(FOV)의 크기, 재구성에 이용되는 프로젝션 엑스선 영상 데이터의 수, 재구성에 이용되는 하드웨어의 성능, 재구성에 이용되는 재구성 알고리즘 등에 따라 각기 다르다.
한편, 재구성에 소요되는 시간과 3차원 엑스선 영상의 해상도는 트레이드 오프(trade off) 관계를 가지므로 재구성에 소요되는 시간을 줄이면서 3차원 엑스선 영상의 해상도를 높게 유지하기가 쉽지 않으며, 3차원 엑스선 영상의 해상도를 높이면 하드웨어 성능에 따라서는 재구성 시간이 과도하게 소요되거나 심지어 재구성이 전혀 이루어지지 않을 수도 있다.
본 발명은 엑스선 영상 재구성에 소요되는 시간을 감소시키고자 한다. 또한, 본 발명은 엑스선 영상 재구성에 소요되는 시간을 감소시키면서 사용자가 주로 보고자 하는 관심 영역에 대해 고해상도 3차원 엑스선 영상을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 피검체에 대해 프로젝션 엑스선 영상 데이터를 획득하는 프로젝션 엑스선 영상 획득부, 프로젝션 엑스선 영상 데이터를 주변 영역과 관심 영역으로 구획짓는 영상 구획부, 주변 영역을 사전 설정된 해상도로 재구성하고, 관심 영역이 주변 영역의 해상도보다 높은 고해상도를 갖도록 재구성하는 영상 재구성부 및 재구성된 주변 영상과 관심 영상을 함께 디스플레이하는 디스플레이부를 구비한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 피검체에 대해 프로젝션 엑스선 영상 데이터를 획득하는 단계, 프로젝션 엑스선 영상 데이터를 주변 영역과 관심 영역으로 구획짓는 단계, 주변 영역이 사전 설정된 해상도를 갖고, 관심 영역이 주변 영역의 해상도보다 높은 고해상도를 갖도록 재구성하는 단계 및 재구성된 주변 영상과 관심 영상을 함께 디스플레이하는 단계를 구비한다.
본 발명은 촬영 영역을 관심 영역과 주변 영역으로 나누어 서로 다른 복셀 크기로 재구성함으로써 재구성에 소요되는 시간을 감소시킨다.
또한, 본 발명은 관심 영역을 주변 영역의 해상도보다 높은 고해상도로 재구성하여 고해상도의 관심 영역 영상을 제공한다.
도 1은 일반적인 엑스선 영상 촬영 장치의 촬영 방법을 도시한 도면,
도 2는 촬영 영역, 엑스선 소스, 및 엑스선 센서의 관계를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 해상도 엑스선 영상 재구성 장치를 도시한 도면,
도 4는 프로젝션 엑스선 영상 데이터 획득 방법을 도시한 도면,
도 5는 관심 영역과 관심 영역의 관계를 도시한 도면;
도 6은 관심 영역이 설정되는 구간을 도시한 도면;
도 7은 임의의 프로젝션 엑스선 영상 데이터의 재구성 과정을 나타낸 도면; 및
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로젝션 엑스선 영상 데이터 획득 방법을 도시한 도면이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체의 기재에 있어서 일부 구성요소들을 단수형으로 기재하였다고 해서, 본 발명이 그에 국한되는 것은 아니며, 해당 구성요소가 복수 개로 이루어질 수 있음을 알 것이다.
본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여, 먼저 촬영 영역(FOV)과 관심 영역(ROI: region of interest)을 설명한다.
도 2는 촬영 영역(2), 엑스선 소스(4), 및 엑스선 센서(5)의 관계를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 촬영 영역(2)은 소정의 폭(w1)과 높이(t1)를 가진다. 또한, 촬영 영역(2)의 중심을 지나는 회전축(3)을 따라 엑스선 소스(4)와 엑스선 센서(5)가 대향 회전하면서 여러 방향의 프로젝션 엑스선 영상 데이터를 획득하므로 촬영 영역(2)은 원통형일 수 있다. 한편, 관심 영역은 촬영 영역(2) 내부에 존재하며, 피검체의 진단에 도움이 되는 영역, 다시 말해 사용자가 관심 있게 보고자 하는 영역이다. 일례로 치과 분야에서 피검체는 두부 일 수 있고, 관심 영역은 악궁일 수 있다.
일반적으로, 촬영 영역(2) 내부의 사전 마련된 위치에 피검체를 위치시킨 다음에 피검체를 엑스선 촬영하므로, 피검체는 프로젝션 엑스선 영상 데이터의 일관된 위치에 존재하게 되며, 프로젝션 엑스선 영상 데이터를 재구성한 3차원 엑스선 영상에서도 피검체는 3차원 엑스선 영상의 일관된 위치에 존재하게 된다. 그에 따라, 예를 들어, 관심 영역이 악궁인 경우, 3차원 엑스선 영상에 존재하는 악궁(관심 영역)은 일관된 위치에 존재하게 된다.
이하에서, 상술한 특징을 이용한 다중 해상도 엑스선 영상 재구성 장치를 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 해상도 엑스선 영상 재구성 장치를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 해상도 엑스선 영상 재구성 장치는 프로젝션 엑스선 영상 획득부(100), 영상 구획부(200), 영상 재구성부(300) 및 디스플레이부(400)를 구비한다. 그리고 비록 도면으로 나타내지는 않았지만 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 해상도 엑스선 영상 재구성 장치는 입력부, 제어부, 저장부 등을 포함할 수 있고, 프로젝션 엑스선 영상 획득부(100), 영상 구획부(200), 영상 재구성부(300), 디스플레이부(400), 입력부, 제어부, 저장부 중 적어도 일부는 단일 또는 복수의 컴퓨터 장치로 구현 가능하다.
참고로, 입력부는 마우스(mouse)일 수 있다. 그 외에도 입력부는 컴퓨터의 키보드(keyboard), 키패드(keypad), 터치패드(touchpad) 등을 포함할 수 있으나 입력부의 종류가 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 입력부는 전술한 입력부를 이용하여 제어 가능한 그래픽 사용자 인터페이스(Graphic User Interface)를 포함할 수도 있다.
제어부는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 해상도 엑스선 영상 재구성 장치의 동작을 전반적으로 제어하는 중앙처리장치에 해당된다. 일 실시예에서 제어부는 응용 주문형 집적 회로(Application Specific Integrated Circuits: ASICs), 디지털 신호 처리기(Digital Signal Processors: DSPs), 디지털 신호 처리 소자(Digital Signal Processing Devices: DSPDs), 프로그램 가능 논리 소자(Programmable Logic Devices: PLDs), 현장 프로그램 가능 게이트 어레이(Field-Programmable Gate Arrays: FPGAs), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers) 및 마이크로 프로세서 (microprocessors) 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 제어부는 또한 전술한 하드웨어 플랫폼(platform) 상에서 실행 가능한 펌웨어(firmware)/소프트웨어 모듈로 구현될 수 있다. 이 경우, 펌웨어/소프트웨어 모듈은 적절한 프로그램(program) 언어로 쓰여진 하나 또는 그 이상의 소프트웨어 애플리케이션(software applications)에 의해 구현될 수 있다.
저장부는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 해상도 엑스선 영상 재구성 장치의 동작 제어를 위한 각종 이미지나 변수값 또는 최초의 프로젝션 엑스선 영상 데이터, 최종 처리된 3차원 엑스선 영상 데이터, 및 중간 처리된 엑스선 영상 데이터 등을 저장하는 기능을 하게 된다. 일 실시예에서 저장부는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드 디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드(MultiMedia Card: MMC), 카드 타입의 메모리(예를 들어, SD(Secure Digital) 카드 또는 XD(eXtream Digital) 카드 등), RAM(Random Access Memory), SRAM(Static Random Access Memory), ROM(Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크 및 광 디스크 중 어느 하나의 저장 매체로 구현될 수 있으나, 당업자라면 저장 장치의 구현 형태가 이에 한정되는 것이 아님을 알 수 있을 것이다.
디스플레이부(400)는 영상을 출력할 수 있는 영상 출력 장치이다. 상기 디스플레이부(400)는 LCD 디스플레이, LED 디스플레이, AMOLED 디스플레이, CRT 디스플레이 등의 다양한 디스플레이 장치를 포함할 수 있고, 특히 터치 디스플레이 장치일 수 있으며, 이 경우 입력부는 터치 디스플레이 장치로 대체가 가능하다.
그리고 제어부 또는 저장부 중 적어도 하나에는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 해상도 엑스선 영상 재구성 장치의 주요부로서 프로젝션 엑스선 영상 획득부(100), 영상 구획부(200), 영상 재구성부(300)가 탑재될 수 있다.
각각을 상세히 살펴본다.
먼저, 프로젝션 엑스선 영상 획득부(100)는 피검체에 대한 여러 방향의 프로젝션 엑스선 영상 데이터를 획득한다.
이를 위해 프로젝션 엑스선 영상 획득부(100)는 엑스선 소스(110) 및 엑스선 센서(130)를 포함하는 엑스선 촬영장치를 포함하거나 엑스선 촬영장치와 유무선으로 연결될 수 있다. 여기서 엑스선 촬영장치는 일례로 치과용 CBCT(Cone Beam CT) 장치 일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 엑스선 촬영장치는 피검체가 놓여진 촬영 영역을 사이에 두고 서로 대향하는 엑스선 소스(110)와 엑스선 센서(130)를 포함한다. 엑스선 소스(110)와 엑스선 센서(130)는 촬영 영역을 사이에 두고 촬영 영역의 실질적인 중심을 지나는 회전축(150)을 중심으로 회전하면서 엑스선 소스(110)가 엑스선을 조사하고, 엑스선 센서(130)가 엑스선을 수광함으로써 촬영 영역에 대한 여러 방향의 프로젝션 엑스선 영상 데이터를 획득한다.
그리고 촬영영역에 대한 여러 방향의 프로젝션 엑스선 영상 데이터는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 해상도 엑스선 영상 재구성 장치의 프로젝션 엑스선 영상 획득부(100)로 전달된다.
다음으로, 영상 구획부(200)는 촬영 영역을 관심 영역(190)과 그 외의 주변 영역으로 구분하고, 촬영 영역을 투과한 여러 방향의 프로젝션 엑스선 영상 데이터를 관심 영역(190)과 주변 영역으로 구분한다.
여기에서, 관심 영역(190)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 피검체의 관심 부위(170)를 포함하도록 사전 설정된다. 일례로 관심 부위(170)는 악궁일 수 있고, 관심 영역(190)은 악궁을 포함하는 말굽 모양 일 수 있다. 이때, 관심 영역(190)은 사용자에 의해 설정되는 것도 가능하며, 프로젝션 엑스선 영상 획득부(100)가 여러 방향의 프로젝션 엑스선 영상 데이터를 획득하기 전후로 입력부를 통해 설정 및 조절될 수 있다.
그리고 영상 구획부(200)는 CT 등 3차원 엑스선 촬영 등에서 피검체의 관심 부위(170)가 촬영 영역 내의 일관된 위치에 존재하는 특징을 이용하여, 촬영 영역에서 피검체의 관심 부위(170)를 포함하는 관심 영역(190)의 프로젝션 엑스선 영상 데이터을 관심 영역(190)과 주변 영역으로 구분한다.
예를 들어, 피검체의 관심 영역(190)이 악궁을 포함하는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 관심 영역(190)은 말굽 모양으로 설정될 수 있다. 그리고 영상 구획부(200)는 모든 프로젝션 엑스선 영상 데이터에 대해 말굽 모양의 영역에 대응하는 관심 영역(190)과 그 외의 영역에 대응하는 주변 영역으로 구획짓는다.
한편, 말굽 모양은 예시를 위한 것일 뿐, 적어도 하나의 다각형, 원형, 타원형, 또는 그들의 조합을 이용한 어떠한 모양도 무방하다.
또한, 피검체의 관심 영역(190)이 악궁을 포함하는 경우, 도 6에 도시된 바와 같이 관심 영역(190)은 피검체의 턱(171)과 부비동(173) 사이에 존재한다. 따라서, 도 5 및 도 6을 참고하면, 관심 영역(190)은 말굽 모양의 기둥 형태가 될 것임을 알 것이다.
다음으로, 영상 재구성부(300)는 영상 구획부(200)에서 구획된 관심 영역(190)을 상대적으로 작은 복셀 크기의 고해상도로 재구성 하고, 영상 구획부(200)에서 구획된 주변 영역을 그보다 큰 복셀 크기의 상대적으로 저해상도로 재구성한다. 예를 들어, 엑스선 센서의 단위 픽셀 크기가 0.1mm라 가정하면, 관심 영역(190)은 각 변이 0.1mm 이상인 일정 크기의 복셀로 재구성하고, 주변 영역은 각 변이 관심 영역(190)의 복셀 보다 상대적으로 큰 0.1mm 초과, 바람직하게는 0.4mm 정도인 일정 크기의 복셀로 재구성한다. 그리하여, 영상 재구성부(300)는 관심 영역(190)이 주변 영역보다 높은 고해상도를 가지는 프로젝션 엑스선 영상 데이터를 획득할 수 있다. 한편, 프로젝션 엑스선 영상 데이터의 재구성에 이용되는 알고리즘은 BP(Back Projection), FBP(Filter Back Projection), FDK(Feldkamp, Davis 및 Kress) 등이 사용될 수 있다.
좀 더 구체적으로, 도 7은 임의의 프로젝션 엑스선 영상 데이터의 재구성 과정을 나타낸 모식도이다. 편의상 촬영 영역(FOV)은 관심 영역(190)을 포함하는 일부만 나타내었고, 이해를 돕기 위해 관심 영역(190)의 일부를 투과하여 엑스선 센서의 제1, 2 픽셀(P1, P2)에 각각 수광되는 프로젝션 엑스선 영상 데이터의 일부만을 살펴본다.
먼저, 엑스선 소스에서 조사된 엑스선이 피검체를 투과하여 엑스선 센서(130)에 수광되고, 이로 인해 엑스선 센서(130)의 제1, 2 픽셀(P1, P2)로부터 각각 제1,2 값(p1,p2)이 생성된다. 이 같은 픽셀 값의 2차원 배열이 프로젝션 엑스선 영상 데이터의 값이 되고, 각각의 프로젝션 엑스선 영상 데이터는 프로젝션 엑스선 영상 획득부(100)로 전달된다.
그리고 영상 구획부(200)는 촬영 영역을 관심 영역(190)과 그 외의 주변 영역으로 구분하고, 촬영 영역을 투과한 여러 방향의 프로젝션 엑스선 영상 데이터를 관심 영역(190)과 주변 영역으로 구분한다.
그리고 영상 재구성부(300)는 관심 영역(190)을 상대적으로 작은 복셀 크기의 고해상도로 재구성하고, 영상 구획부(200)에서 구획된 주변 영역을 그보다 큰 복셀 크기의 상대적으로 저해상도로 재구성한다. 편의상 관심 영역(190)의 복셀 크기가 엑스선 센서(130)의 1개 픽셀 크기에 대응되고, 주변 영역의 복셀 크기가 엑스선 센서(130)의 2개 픽셀 크기에 대응된다고 가정하면, 영상 재구성부(300)는 관심 영역을 이루는 복셀 R1, R2에는 각각 제1,2 픽셀(P1, P2)의 제1, 2 값(p1, p2)을 할당하고, 주변 영역을 이루는 복셀 B1에는 제1,2 픽셀(P1, P2)의 제1, 2 값(p1, p2)의 평균치, 즉 제1,2 픽셀(P1, P2)을 비닝(binning)한 제1, 2 값(p1, p2)의 평균치를 할당한다.
다시 말해, 프로젝션 엑스선 영상 데이터는 각 방향에 대한 엑스선 센서(130)의 복수 픽셀 값의 2차원 배열을 포함하는바, 영상 재구성부(300)는 여러 방향의 프로젝션 엑스선 영상 데이터에 대해 각각 주변 영역의 제 1 복셀에는 상대적으로 많은 n개(단 n은 1 초과)의 제 1 픽셀 값을 할당하고, 관심 영역의 제 2 복셀에는 상대적으로 적은 m개(단 m은 0 이상 m 미만)의 제 2 픽셀 값을 할당하는 방식으로 재구성을 한다. 이때, 제 1 복셀의 사이즈는 제 2 복셀의 사이즈보다 크고, 제 1, 2 픽셀값은 각각 n, m개 픽셀값의 평균치 또는 n, m개 픽셀값 중 어느 하나의 값을 나타낼 수 있다.
이와 같이 영상 재구성부(300)는 각각의 프로젝션 엑스선 영상 데이터에 대해 관심 영역(190)을 상대적으로 작은 복셀 크기의 고해상도로 재구성하고, 영상 구획부(200)에서 구획된 주변 영역을 그보다 큰 복셀 크기의 상대적으로 저해상도로 재구성한다.
한편, 이상의 설명은 예시에 지나지 않는바, 엑스선 센서(130)의 픽셀 크기, 관심 영역과 주변영역의 복셀 크기 등은 다양하게 변형 가능하며, 주변 영역은 그와 대응되는 적어도 하나의 픽셀값 평균치를 할당하는 것 이외에도 임의의 픽셀값을 대표값으로 할당하는 것도 가능하다.
마지막으로, 디스플레이부(400)는 영상 재구성부(300)에서 생성된 3차원 엑스선 영상, 즉, 서로 다른 복셀 크기로 재구성된 주변 영역과 관심 영역(190)으로 이루어진 3차원 엑스선 영상을 사용자에게 디스플레이한다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 다중 해상도 엑스선 영상 재구성 방법에 대한 흐름도로서, 그 구체적인 실시 예는 도 3의 다중 해상도 엑스선 영상 재구성 장치에 대한 설명에서 상세히 전술한 바 있으므로, 여기서는 그 동작 과정에 대하여 간략하게 설명하기로 한다.
먼저, 피검체에 대해 여러 방향의 프로젝션 엑스선 영상 데이터를 획득한다(S510).
다음으로, 프로젝션 엑스선 영상 데이터를 주변 영역과 관심 영역(190)으로 구획짓는다(S530). 예를 들어, 관심 영역(190)은, 피검체의 관심 영역을 포함하도록 사전 설정될 수 있다.
다음으로, S530 단계에서 구획된 주변 영역을 상대적으로 큰 복셀 크기의 사전 설정된 저해상도로 재구성한다(S550).
다음으로, S530 단계에서 구획된 관심 영역(190)이 주변 영역의 해상도보다 높은 해상도를 갖도록 상대적으로 작은 복셀 크기의 고해상도로 재구성한다(S570).
S550 단계 및 S570 단계는, 예를 들어, 관심 영역(190)은 각 변이 0.1mm 이상의 복셀로 재구성하고, 주변 영역은 각 변이 0.4mm 이상의 복셀로 재구성하는 것으로 이루어질 수 있다. 그리하여, 관심 영역(190)이 주변 영역의 해상도보다 높은 고해상도를 가지는 다중 해상도의 3차원 엑스선 영상을 획득할 수 있다.
마지막으로, S550 단계 및 S570 단계에서 서로 다른 해상도의 주변 영역과 관심 영역(190)으로 이루어진 다중 해상도의 3차원 엑스선 영상을 디스플레이한다(S590).
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (7)

  1. 촬영영역 내의 피검체에 대한 여러 방향의 프로젝션 엑스선 영상 데이터를 획득하는 프로젝션 엑스선 영상 획득부;
    상기 촬영영역 및 여러 방향의 프로젝션 엑스선 영상 데이터를 주변 영역과 관심 영역으로 구분하는 영상 구획부;
    상기 주변 영역을 상대적으로 큰 복셀 크기의 저해상도로 재구성하고, 상기 관심 영역을 상기 주변 영역보다 상대적으로 작은 복셀 크기의 고해상도로 재구성하는 영상 재구성부; 및
    상기 재구성된 주변 영상과 관심 영상을 포함하는 상기 피검체의 3차원 엑스선 영상을 디스플레이하는 디스플레이부;를 포함하는
    다중 해상도 3차원 엑스선 영상 재구성 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    사용자의 명령을 입력하는 입력부를 더 포함하고,
    상기 촬영영역은 상기 사용자의 명령에 의해 상기 주변 영역과 상기 관심 영역으로 구분되고, 상기 영상 구획부는 상기 여러 방향의 프로젝션 엑스선 영상 데이터를 상기 사용자의 명령에 따른 상기 주변 영역과 상기 관심 영역으로 구분하는 다중 해상도 3차원 엑스선 영상 재구성 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 여러 방향의 프로젝션 엑스선 영상 데이터는 상기 촬영 영역을 사이에 두고 대향 회전하는 엑스선 소스와 엑스선 센서를 통해 획득되는 다중 해상도 3차원 엑스선 영상 재구성 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 프로젝션 엑스선 영상 데이터는 각 방향에 대한 상기 엑스선 센서의 복수 픽셀 값의 2차원 배열을 포함하고,
    상기 재구성부는 상기 여러 방향의 프로젝션 엑스선 영상 데이터에 대해 각각 상기 주변 영역의 단위 복셀에 상대적으로 많은 수의 픽셀 값을 할당하고, 상기 관심 영역의 단위 복셀에 상대적으로 적은 수의 픽셀값을 할당하는 다중 해상도 3차원 엑스선 영상 재구성 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 재구성부는 상기 단위 복셀에 하나 이상 픽셀값의 평균치 또는 하나 이상 픽셀값 중 어느 하나를 할당하는 다중 해상도 3차원 엑스선 영상 재구성 장치.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 피검체는 두부이고, 상기 관심 영역은 상기 피검체의 턱과 부비동 사이에서 상기 피검체의 악궁을 포함하는 말굽 모양인 다중 해상도 3차원 엑스선 영상 재구성 장치.
  7. 촬영 영역 내의 피검체에 대해 여러 방향의 프로젝션 엑스선 영상 데이터를 획득하는 단계;
    상기 촬영 영역 및 상기 여러 방향의 프로젝션 엑스선 영상 데이터를 주변 영역과 관심 영역으로 구분하는 단계;
    상기 주변 영역을 상대적으로 큰 복셀 크기의 저해상도로 재구성하고, 상기 관심 영역을 상기 주변 영역보다 상대적으로 작은 복셀 크기의 고해상도로 재구성하는 단계; 및
    상기 재구성된 주변 영상과 관심 영상을 포함하는 상기 피검체의 3차원 엑스선 영상을 디스플레이하는
    다중 해상도 3차원 엑스선 영상 재구성 방법.
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