WO2017073997A1 - 엑스선 영상 촬영장치 - Google Patents

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나상옥
양용주
최성일
홍대기
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Definitions

  • the present invention relates to an X-ray imaging apparatus, and more particularly, to an X-ray imaging apparatus capable of providing a CT image as well as a panoramic image with a narrow width sensor and a low dose of X-rays.
  • an X-ray imaging apparatus refers to a device that transmits a predetermined amount of X-rays to a body part to be photographed, detects the transmitted X-rays with an X-ray sensor, and forms an X-ray image based on the detected electrical signal.
  • X-rays are attenuated and transmitted at different attenuation rates depending on the material on the path of progress, and are converted into electrical signals by the photoelectric effect when they reach the X-ray sensor.
  • the X-ray imaging apparatus provides information about the inside of the photographing object as an X-ray image by using an electrical signal reflecting an accumulated attenuation amount according to the X-ray progress path.
  • CT images can accurately and clearly display tomographic images according to the user's desired position and orientation, as well as three-dimensional X-ray images of the teeth, jaw joints, or head of the patient's body of interest. It is used in fields requiring high precision, such as implant procedures.
  • An X-ray computed tomography (CT) imaging apparatus reconstructs X-ray images photographed from various angles of the photographing object to provide a 3D X-ray image of the photographing object.
  • the X-ray CT imaging device implements a CT image through an X-ray generator, an X-ray sensor disposed to face the X-ray generator with the subject interposed therebetween, a rotation support that supports and rotates the X-ray generator and the X-ray sensor, and the X-ray sensor results.
  • An image reconstruction unit is included.
  • the X-ray generator and the X-ray sensor rotate X-ray generators in a predetermined angle range about a rotation axis passing through the object, and acquire X-ray transmission data of a region of the object, that is, a field of view (FOV), at various angles. do.
  • the X-ray generator and the X-ray sensor must rotate the center axis of the photographed area as its rotation axis and receive X-rays of the entire area that has passed through the photographed area. Therefore, a large area sensor that is much larger than a sensor for panoramic X-ray imaging is required.
  • X-ray panoramic images have been widely used in dentistry for a long time and are now recognized as standard images essential for diagnosis. Therefore, a panoramic image capturing function is often added to an imaging apparatus for providing an X-ray CT image. Even in such a case, it is required to provide an accurate X-ray panoramic image as it is an important image for diagnosis.
  • the present invention is economical by using a small sensor, and takes up less space for installation and imaging, while providing an X-ray CT image of a relatively large area to be photographed, as well as undistorted accuracy
  • An object of the present invention is to provide an X-ray imaging apparatus capable of efficiently providing a high X-ray panoramic image.
  • the rotation support for rotating around the axis of rotation;
  • a generator unit disposed on one side of the rotation support and having an X-ray generator for irradiating an X-ray beam;
  • a sensor unit disposed on the other side of the rotary support with the test object interposed therebetween, the sensor unit having a narrow sensor moving in the width direction perpendicular to the rotary axis during rotation of the rotary support;
  • a controller configured to change a rotational speed of the rotation support or a frame rate of the sensor unit during an X-ray imaging sequence in which a plurality of transmission images are acquired along with rotation of the rotation support.
  • the control unit may compensate for the change in magnification by changing the rotational speed of the rotation support or the frame rate of the sensor unit according to a change in distance between the target unit of interest and the narrow sensor.
  • the control unit may relatively increase the rotational speed of the rotation support or lower the frame rate of the sensor unit in a section where the magnification is relatively large.
  • the controller may maintain a constant rotational speed of the rotation support in a section in which the magnification is relatively large, and relatively lower the frame rate of the sensor unit.
  • the control unit may maintain the frame rate of the sensor unit in a section in which the magnification is relatively large, and may relatively increase the rotation speed of the rotation support.
  • the X-ray imaging sequence may be a panoramic imaging sequence, and the region of interest of the subject may be distributed along the trajectory of the arch.
  • control unit may relatively increase the rotational speed of the rotation support or lower the frame rate of the sensor unit in the section for obtaining the transmission image of the posterior part than the section for obtaining the transmission image of the anterior tooth.
  • the apparatus may further include an image reconstruction unit configured to correct an enlargement degree in the vertical axis direction.
  • the rotation support for rotating around the axis of rotation;
  • a generator unit disposed on one side of the rotation support and having an X-ray generator for irradiating an X-ray beam;
  • a sensor unit disposed on the other side of the rotary support with the test object interposed therebetween, the sensor unit having a narrow sensor moving in the width direction perpendicular to the rotary axis during rotation of the rotary support;
  • a rotational speed of the rotation support for compensating for a change in magnification according to a change in distance between the target portion of the subject and the narrow sensor during an X-ray imaging sequence in which a plurality of transmission images are acquired with the rotation of the rotation support.
  • a control unit for changing a frame rate of the sensor unit wherein the X-ray generator is installed to have a predetermined inclination with respect to a plane in which the direction of the X-ray beam is perpendicular to the rotation axis, and the narrow sensor is a plane parallel to the rotation axis. It is installed to be inclined at a predetermined angle with respect to.
  • the X-ray imaging sequence is a panoramic imaging sequence
  • the interest portion of the subject is distributed along the arch path, and shifts and overlaps the plurality of transmitted images at predetermined intervals according to the position on the arch path.
  • the image reconstructing unit may further include an image reconstruction unit configured to compensate for a difference in the degree of enlargement in the horizontal axis direction and to correct the degree of enlargement in the vertical axis direction by applying different ratios according to the horizontal axis position on the arch path.
  • the image reconstructor may correct an enlargement difference between upper and lower portions according to an inclined arrangement of the narrow sensors.
  • the X-ray imaging apparatus to which the configuration according to the present invention is applied is economical by using a small sensor and takes up less space for installation and imaging, while providing an X-ray CT image of a relatively large area to be photographed, without distortion. Highly accurate X-ray panoramic images can be provided.
  • FIG. 1 shows a configuration of a photographing unit of an X-ray imaging apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 illustrates a principle in which the rotation range of the photographing unit is reduced on the premise of providing a photographing target area having the same size by the photographing unit configuration according to the embodiment of FIG. 1.
  • FIG 3 is a view illustrating a configuration of providing a wide photographing target area by a narrow sensor in a photographing unit of an X-ray imaging apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows a state in which the panoramic image according to the trajectory of the arch is photographed using the photographing unit according to the embodiment of FIG. 3.
  • 5 is a schematic diagram showing the ideal relationship between the shape of the arch and the panoramic image photographed.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a distortion of a panoramic image photographing the arch form of FIG. 5 and a correction method thereof.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a distortion of a panoramic image photographing the arch form of FIG. 5 and a correction method thereof.
  • FIG. 7A shows an example of an uncorrected panoramic image to which the enlargement compensation is not applied.
  • FIG. 7B illustrates an example of a panoramic image to which horizontal axis enlargement compensation is applied to a photographing sequence.
  • FIG. 7C illustrates an example of a panoramic image to which vertical axis magnification correction and tilting correction are applied to the image of FIG. 7B.
  • FIG. 1 shows a configuration of a photographing unit of an X-ray imaging apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • An X-ray imaging apparatus includes a photographing unit for obtaining a plurality of X-ray transmission images, a control unit for controlling the photographing unit, and a reconstruction unit for reconstructing an X-ray CT image and a panoramic image using the plurality of X-ray transmission images. It is configured by. If necessary, it may further include a photographing unit case surrounding the outside of the photographing unit. This figure shows the structure of the said imaging part among these.
  • the photographing unit 13 includes a rotation driver 25 and a rotation support 30 that rotates about a rotation axis 25C by the rotation driver 25, and is disposed on one side of the rotation support 30.
  • the generator unit 32 is provided with an X-ray generator 321T and a collimator 322 to irradiate a collimated X-ray beam with a predetermined width, and the test object is interposed between the object on the other side of the rotation support 30.
  • the sensor part 31T is arrange
  • the X-ray generator 321T and the collimator 322 have a predetermined inclination ⁇ B with respect to a plane in which the irradiation direction of the X-ray beam indicated by a dotted line when viewed from the side is perpendicular to the rotation axis 25C of the rotation support 30. It is installed to have.
  • the sensor portion 31T includes a narrow sensor disposed so that the light receiving surface thereof is inclined at a predetermined angle with respect to the plane parallel to the rotation axis 25C to face the X-ray generator 321T.
  • the irradiation direction of the X-ray beam is inclined upward from the bottom with respect to the plane perpendicular to the rotation axis 25C so that the predetermined inclination ⁇ B is 0 degrees ⁇ B ⁇ 90 degrees, more preferably 0 degrees ⁇ B ⁇ 45 degrees can be satisfied.
  • the sensor part 31T is also inclined downward by an angle corresponding to ⁇ B downwardly with respect to a plane parallel to the rotation axis 25C, that is, a virtual cylindrical outer circumferential surface centered on the rotation axis 25C,
  • the angle ⁇ S formed by the sensor unit 31T with the plane to which the rotation support 30 belongs is 90 degrees ⁇ S ⁇ 180 degrees, and more preferably 90 degrees ⁇ S
  • the condition of ⁇ 135 degrees can be satisfied.
  • the angle formed by the sensor unit 31T with respect to the X-ray beam irradiation direction starting from the focus XF of the X-ray generator 321T is preferably perpendicular to the side surface.
  • the inclination direction of the X-ray beam is inclined downward from the bottom and the sensor part 31T is inclined downward, so that the space inside the photographing part is formed in a wider conical shape at the bottom so that the head of the examinee may enter. It serves as a convenience.
  • the housing of the generator unit 32 is disposed vertically from the rotation support 30, and the X-ray generator 321T is inclined therein, but the generator unit 32 is inclined. It may itself be arranged substantially parallel to the sensor portion 31T.
  • the rotation driving unit 25 may be supported inside the upper end of the photographing unit case, and may be installed so that the rotation shaft 25C of the rotation support 30 is connected to the driving shaft 253.
  • the rotation driving unit 25 may include a so-called DD motor, and the center of the driving shaft 253 of the DD motor may coincide with the rotation shaft 25C of the rotation support 30.
  • wires such as power lines or signal lines around the driving shaft 253 may be connected through slip rings to prevent cable twisting.
  • the slip ring may be a wireless slip ring with a wireless contact.
  • FIG. 2 illustrates a principle in which the rotation range of the photographing unit is reduced on the premise of providing a photographing target area having the same size by the photographing unit configuration according to the embodiment of FIG. 1.
  • FIG. 2 shows a case where the irradiation direction of the X-ray beam is parallel to the plane perpendicular to the rotation axis 25C as in the prior art, and thus the sensor portion 31V is parallel to the rotation axis 25C
  • ( b) shows a case in which the irradiation direction of the sensor part 31T and the X-ray beam is inclined as described above with reference to FIG. 2 according to the present invention.
  • the height H of the photographing target area is the same in (a) and (b).
  • the X-ray beam is obliquely irradiated and the sensor unit 31T is inclined so that the focus XF of the X-ray beam is located closer to the rotation axis 25C than the focus XV in (a). Done.
  • the radius of rotation of the photographing part can be narrowed by the distance difference between the two focal points XF and XV.
  • the space occupied by the X-ray imaging apparatus may be reduced, and more directly, the size of the case of the photographing unit may be reduced.
  • the enlarged view defined as the distance between the focus XV of the X-ray beam and the distance XH of the X-ray beam to the sensor unit 31V with respect to the distance VH between the subjects is a horizontal line in the drawing.
  • the upper and lower sides of the sensor unit 31V are symmetrical and are substantially the same with respect to the upper and lower portions of the sensor unit 31V except for a slight error that comes from the non-spherical shape of the sensor unit 31V.
  • the distance between the upper end of the subject and the upper end of the sensor part 31T is the distance between the lower end of the subject and the lower end of the sensor part 31T. It is relatively closer than the distance of.
  • the X-ray imaging apparatus corrects the difference by expanding the upper and lower parts according to the tilt of the sensor in the process of reconstructing and providing the X-ray CT image or the panoramic image.
  • the reconstructor provides a reconstructed panorama image by using a plurality of transmitted images obtained along a trajectory trajectory, the plurality of transmitted images are shifted at predetermined intervals in the horizontal direction and overlapped to reconstruct the first panoramic image.
  • the image may be provided with a panorama image in which distortion is corrected by reflecting the above-described enlargement and deviation in the vertical direction.
  • FIG 3 is a view illustrating a configuration of providing a wide photographing target area by a narrow sensor in a photographing unit of an X-ray imaging apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the figure shows the configuration of the imaging unit to obtain a plurality of X-ray transmission images with the movement of the narrow sensor 311 at the same time the rotation of the rotation support 30 during the shooting sequence, the rotation support 30 of the It is a schematic representation of the view from the top of the rotating shaft (25C).
  • the photographing unit receives the control signal from the controller 60 and performs an X-ray imaging sequence.
  • an X-ray imaging sequence may be roughly divided into an X-ray CT imaging sequence and a panoramic image imaging sequence.
  • the X-ray CT imaging sequence will be described as an example.
  • the irradiation path of the X-ray beam partially passing through the subject is rotated, and at the same time, the virtual X-ray beam is moved to move the center of the virtual X-ray beam at various angles over a predetermined range with respect to all parts in the photographing area. Configured to be investigated.
  • the sensor unit 31 is provided with a narrow X-ray sensor 311 toward the generator unit 32 side.
  • the height and width of the entire photographing area to obtain a CT image are t1 and w1, respectively, the height represents the maximum size in a direction parallel to the rotation axis, and the width represents the maximum size in the direction perpendicular to the rotation axis.
  • the height t2 of the narrow X-ray sensor is greater than the magnification * first height t1 (t2 ⁇ magnification * t1), and the width w2 of the narrow X-ray sensor is less than the magnification * first width w1 / 2 (w2 ⁇ magnification * w1). / 2).
  • the narrow X-ray sensor 311 is installed to move in a tangential direction of the rotational trajectory, for example, a circular trajectory of the sensor unit 31 around the rotation axis 25C, and the generator 32 is a narrow X-ray.
  • the X-ray beam XC aimed toward the narrow X-ray sensor 311 is emitted in association with the movement of the sensor 311.
  • the concentric circles F, FA, FB, and FC around the rotational axis 25C represent a photographing target area that is extended according to the movement range of the narrow X-ray sensor 311.
  • the rotating support 30 is rotated by a predetermined angle or more, for example, 360 degrees while the narrow X-ray sensor 311 is fixed at the initial position indicated by the solid line, the X-ray CT image of the smallest shooting target area F is shown. Can be obtained. This is substantially similar to the conventional half-beam X-ray CT imaging apparatus.
  • the narrow X-ray sensor 311 when the narrow X-ray sensor 311 is moved tangentially by the width of the small X-ray sensor 311 from the position indicated by the solid line during the continuous X-ray imaging with the additional rotation about the rotation axis 25C, for example, The radius of the photographing target area FA is extended by the width of the narrow X-ray sensor 311.
  • the narrow X-ray sensor 311 moves (311B) and triples (311C) twice the width during continuous shooting, the shooting target areas FB and FC also increase in accordance with the increase of the moving range. Is expanded. Therefore, the width of the narrow X-ray sensor 311 is smaller than the maximum magnification multiplied by the radius of the expanded actual photographing area FA, FB, FC.
  • the movement of the narrow X-ray sensor 311 is performed in stages according to the rotation period around the rotation axis 25C, but preferably, the movement of the narrow X-ray sensor 311 is performed. May proceed simultaneously with the rotation about the rotation axis 25C. This can be easily seen through the following description.
  • the sensor unit 31 includes a narrow X-ray sensor driver 312 that allows the narrow X-ray sensor 311 to move in a tangential direction of the rotational trajectory within a limited range.
  • the narrow X-ray sensor driver 312 may include, for example, a motor 315 for generating power, a drive shaft 314 for transmitting the power, and a connection portion connecting a portion of the narrow X-ray sensor 311 to the drive shaft 314 ( 313).
  • this mechanical configuration is just one example and may be implemented in various forms.
  • the generator 32 irradiates the X-ray beam (XC) aimed in conjunction with the positional movement of the narrow X-ray sensor 311 to a width that can cover the width of the narrow X-ray sensor 311.
  • the generator 32 may include an X-ray generator 321 for emitting a wide X-ray beam XT covering a moving range of the narrow X-ray sensor, and the wide X-ray beam XT.
  • a collimator 322 having a narrow width covering the width of the narrow X-ray sensor 311 and emitting a collimated X-ray beam XC according to the position of the narrow X-ray sensor 311. have.
  • the collimator 322 may be configured to, for example, generate a motor 324 and its power to move the at least one blade 323 capable of partially shielding the X-ray beam and the at least one blade 323. It may be composed of a drive shaft 325 for transmitting and a connecting portion 326 for connecting a portion of the blade 323 and the drive shaft 325.
  • the collimator 322 may drive one blade having a slit of a predetermined width that transmits the aimed X-ray beam XC by one motor, or may be driven by a motor provided separately on two or more blades. .
  • the above-described configuration of the generator unit 32 is just one example, and may be implemented in various forms.
  • the X-ray generator emitting a narrow width of the X-ray beam covering the width of the narrow X-ray sensor 311 and the irradiation direction of such an X-ray generator are controlled in conjunction with the positional movement of the narrow X-ray sensor 311. And by emitting a collimated X-ray beam.
  • various forms of configuration are possible.
  • the X-ray imaging apparatus is connected to the generator 32 and the sensor 31, the generator 32 in conjunction with the movement of the position of the narrow X-ray sensor 311 It may include a control unit 60 for controlling them to emit the aimed X-ray beam (XC). More specifically, the controller 60 is connected to the narrow X-ray sensor driver 312 to control the motor 315, for example, by using a control signal or a signal fed back from the position information of the small X-ray sensor 311. The direction of the X-ray beam emitted from the generator 32 may be controlled. The direction control of the X-ray beam may be performed through the control of the motor 324 driving the collimator 322 as in the embodiment of the figure. However, as described above, when the generator 32 is implemented in a different form, a specific object receiving the control signal of the controller 60 may vary.
  • the inclination of the sensor unit 31 and the X-ray generator 321 in the vertical direction is not represented, but these are the sensor unit 31T shown in FIG. ) And the X-ray generator 321T may be inclined with respect to the vertical rotation axis 25C. This also applies to the following description.
  • FIG. 4 shows a state in which the panoramic image according to the trajectory of the arch is photographed using the photographing unit according to the embodiment of FIG. 3.
  • the sensor units 31E, 31F, and 31G including the narrow sensors 311E, 311F, and 311G are rotated about the rotation shaft 25C, and the positions of the narrow sensors 311E, 311F, and 311G are rotated.
  • the X-ray CT imaging apparatus may provide an X-ray panoramic image of an image layer distributed along the arch path DA using such characteristics. have.
  • the arch arch trajectory DA takes the form of a bow or parabola rather than an arc, and according to the positions of the narrow sensors 311E, 311F, and 311G shown in the drawing.
  • the distance between the portion obtained from the transmission image, that is, the posterior portion DE, the canine DF, or the anterior tooth DG, and the narrow sensors 311E, 311F, and 311G are changed. Since the distances between the X-ray generators 321E, 321F, and 321G and the narrow sensors 311E, 311F, and 311G are the same at these positions, there is a difference in the magnification of the obtained transmission image.
  • a transmission image having a relatively low magnification is obtained for the anterior part DG, and a transmission image having a relatively high magnification is obtained for the posterior part DE. Therefore, in reconstructing the panoramic image of the arch trajectory (DA) using the plurality of transmission images thus obtained by the photographing unit, in order to obtain an image to which the uniform magnification is applied to each portion, Compensation or correction work is required.
  • the X-ray imaging apparatus when acquiring the transmission images of the parts of the arch, for example, the posterior part (DE), the canine part (DF) and the anterior part (DG), the angle of the rotation support and the sensor unit Geometry information, such as the positions of the narrow sensors 311E, 311F, and 311G, or values capable of calculating the same, may be acquired and stored at the 31N, 31F, and 31G.
  • Geometry information such as the positions of the narrow sensors 311E, 311F, and 311G, or values capable of calculating the same, may be acquired and stored at the 31N, 31F, and 31G.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an ideal relationship between an image layer along a trajectory trajectory and a panoramic image photographing the image layer.
  • FIG. 5 (a) is a perspective view of an image layer along a trajectory trajectory in the form of a grid, the center of which is curved like a bow and corresponds to the front teeth, that is, the anterior teeth (DG), and portions close to both ends are molar parts, that is, posterior teeth ( DE).
  • FIG. 5B illustrates an ideal panoramic image in which the image layer of FIG.
  • the ideal panoramic image refers to a panoramic image without distortion due to the difference in magnification for each part.
  • the photographing unit obtains the magnification of the region of interest of the photographed subject by using the geometry information acquired at the time of acquiring each transmission image, and reflects the magnification of the plurality of corrected magnifications.
  • the panoramic image is reconstructed using the transmitted image.
  • the shift interval between adjacent transmission images can be made equal to the actual distance on the arch path between the photographed subject interests.
  • the X-ray imaging apparatus is not limited to the above-described panoramic image reconstruction method.
  • the magnification correction is preceded for each transmitted image and shifted and superimposed to reflect the absolute position on the arch path of the photographed subject of interest, a panorama image without distortion can be obtained.
  • the image reconstruction work requires a lot of time and computational resources.
  • other magnification compensation or correction schemes may be employed. Such a manner is described in more detail below.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a distortion of a panoramic image photographing the arch form of FIG. 5 and a correction method thereof.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a distortion of a panoramic image photographing the arch form of FIG. 5 and a correction method thereof.
  • FIG. 6A illustrates an example of a distorted panoramic image photographed using a photographing unit of an X-ray imaging apparatus that includes rotation of a rotation support and movement of a width sensor in a width direction, but without applying magnification compensation or correction. It looks like an enemy.
  • the anterior portion DG has a relatively small magnification
  • the posterior portion DE has a relatively large magnification. Therefore, when the panoramic image is reconstructed without enlargement compensation or correction, the image layer as shown in FIG. 5A has a relatively narrow horizontal and vertical axis spacing in the anterior portion DG as shown in FIG.
  • the posterior portion DE is represented by a relatively wide distortion in the horizontal and vertical axis spacings.
  • the distortion of the lattice spacing in the transverse direction on the posterior DE side is also related to the panoramic image reconstruction method.
  • the interval of shifting is determined by the interest portion of the subject photographed in each transmission image frame. This is because the panorama image is reconstructed on the assumption that they are distributed at equal intervals on the trajectory.
  • Such a reconstruction method is suitable for providing a reconstruction image in a short time with relatively low computational resources.
  • it is accompanied by distortion as shown in (a).
  • FIG. 6B schematically shows an example of the reconstructed panoramic image, by applying the horizontal degree of enlargement compensation scheme to the panoramic image capturing sequence described with reference to FIG. 4.
  • the enlarged degree compensation method in the horizontal axis direction is more specifically defined according to the position of the sensor unit in order to compensate for the distortion described with reference to FIG. It is to change the rotational speed of the rotation support or to change the frame rate of acquiring a plurality of transmitted image frames according to the change of the distance between the sensor and the subject interest portion on the arch path.
  • the transmission rate of the arch path is obtained more precisely by increasing the frame rate, that is, the number of frames taken per hour.
  • the frame rate is constant
  • the rotation speed of the rotation support is relatively high
  • the rotation speed is constant. In order to obtain a transmission image by relatively lowering the frame rate.
  • FIG. 6C schematically shows a result of performing enlargement correction in the vertical axis direction on the panoramic image whose magnification is compensated in the horizontal axis direction in the same manner as in (b).
  • the enlargement correction in the vertical axis direction utilizes geometric information acquired during the performing of the photographing sequence to obtain different longitudinal axis enlargements in accordance with the position in the transverse direction on the arch trajectory, and (b) corresponding images.
  • the vertical axis direction corrects the magnification by reflecting on the portion to be made.
  • (c) it can be seen that the lattice spacing in the longitudinal axis direction is equally corrected in the anterior portion DG and the posterior portion DE.
  • the X-ray imaging apparatus has a sensor unit 31T installed to be inclined with respect to the direction of the rotation axis 25C of the rotation support as shown in FIG. 1.
  • a sensor unit 31T installed to be inclined with respect to the direction of the rotation axis 25C of the rotation support as shown in FIG. 1.
  • distortion due to the variation in vertical magnification occurs, which is why the image is distorted in a trapezoidal shape in (c).
  • FIG. 6 (d) schematically shows a result of correcting a trapezoidal distortion caused by tilting of the sensor unit.
  • the distortion distribution due to the tilting of the sensor unit may be corrected by geometrically calculating an enlarged distribution according to the height on the sensor unit 31T and reflecting the same in the panoramic image corresponding to (c). have.
  • the correction operation described with reference to FIGS. 6C and 6D may be sequentially or simultaneously performed in the process of reconstructing the panoramic image by the reconstructor using a plurality of transmitted images.
  • the intermediate image corresponding to the step (b) is divided into a plurality of regions, and for each of the divided sections, a correction constant in the horizontal axis direction and a correction constant in the vertical axis direction are obtained.
  • a corrected panoramic image corresponding to (d) may be provided.
  • FIG. 7A shows an example of an uncorrected panoramic image to which the enlargement compensation is not applied. It can be seen that the anterior portion is relatively small and the posterior portion is distorted relatively large in the horizontal and vertical directions.
  • FIG. 7B illustrates an example of a panoramic image to which horizontal axis enlargement compensation is applied to a photographing sequence. It can be seen that the width in the transverse direction of the teeth in the anterior and posterior parts is corrected closer to the ratio of the actual tooth width.
  • FIG. 7C illustrates an example of a panoramic image to which vertical axis magnification correction and tilting correction are applied to the image of FIG. 7B.
  • Magnification distortion in the vertical axis direction as well as distortion due to the variation in the magnification of the upper and lower parts of the image can be seen to be corrected.
  • the present invention relates to an X-ray imaging apparatus, and may be used in the field of medical X-ray imaging equipment, and more specifically in the field of dental X-ray imaging equipment.

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Abstract

소폭의 센서를 이용하여 경제적으로 엑스선 CT 영상을 제공함은 물론, 왜곡되지 않은 정확도 높은 엑스선 파노라마 영상을 제공할 수 있는 엑스선 영상 촬영장치가 개시된다. 본 발명의 한 측면에 따른 엑스선 영상 촬영 장치는, 회전축을 중심으로 회전하는 회전지지대; 상기 회전지지대의 일측에 배치되고, 엑스선 빔을 조사하는 엑스선 제너레이터를 구비하는 제너레이터부; 피검체를 사이에 두고 상기 회전지지대의 타측에 상기 제너레이터부와 대향 배치되고, 상기 회전지지대의 회전 중에 상기 회전축에 수직인 그 폭 방향으로 이동하는 소폭 센서를 구비하는 센서부; 및, 상기 회전지지대의 회전을 수반하여 다수의 투과 영상을 획득하는 엑스선 영상 촬영 시퀀스 중에 피검체의 관심부와 상기 소폭 센서 사이의 거리 변화에 따른 확대도 변화의 보상을 위해 상기 회전지지대의 회전 속도 또는 상기 센서부의 프레임 레이트를 변화시키는 제어부를 포함한다.

Description

[규칙 제26조에 의한 보정 08.11.2016]　엑스선 영상 촬영장치
본 발명은 엑스선 영상 촬영장치에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 좁은 폭의 센서와 저 선량의 엑스선으로 CT 영상은 물론 파노라마 영상을 제공할 수 있는 엑스선 영상 촬영장치에 관한 것이다.
의료분야에서 엑스선 촬영 장치는 일정량의 엑스선을 촬영하고자 하는 신체부위에 투과시키고, 투과된 엑스선을 엑스선 센서로 감지하여, 감지된 전기적 신호를 바탕으로 엑스선 영상을 구성하는 장치를 말한다. 엑스선은 그 진행경로 상의 물질에 따라 다른 감쇄율로 감쇄되며 투과되고, 엑스선 센서에 도달하면 광전효과에 의해 전기적 신호로 변환된다. 엑스선 촬영 장치는 이와 같이 엑스선 진행경로에 따른 누적 감쇄량이 반영된 전기적 신호를 이용하여 촬영대상의 내부에 관한 정보를 엑스선 영상으로 제공한다.
치과 진료분야에서, CT 영상은 환자의 신체 중 주요 관심 부위인 치열, 턱 관절 또는 머리 부분에 대한 3차원 엑스선 영상은 물론 사용자가 원하는 위치 및 방향에 따른 단층 영상을 정확하고 선명하게 표시할 수 있어서 임플란트 시술 등 고도의 정밀성이 요구되는 분야에 활용되고 있다. 엑스선 CT(Computed Tomography) 촬영 장치는 촬영대상의 여러 각도에서 촬영한 엑스선 영상들을 재구성하여 촬영대상에 대한 3차원 엑스선 영상을 제공한다. 이를 위해 엑스선 CT 촬영장치는 엑스선 제너레이터, 피검체를 사이에 두고 엑스선 제너레이터와 대향 배치되는 엑스선 센서, 엑스선 제너레이터와 엑스선 센서를 지지하며 회전시키는 회전지지대, 그리고 엑스선 센서의 검출결과를 통해 CT 영상을 구현하는 영상 재구성부를 포함한다.
엑스선 CT 영상 촬영을 위해 엑스선 제너레이터와 엑스선 센서는 촬영대상을 지나는 회전축을 중심으로 소정의 각도범위에서 대향 회전하면서, 여러 각도에서 촬영대상 영역, 즉 FOV(Field Of View)에 대한 엑스선 투과 데이터를 취득한다. 일반적인 엑스선 CT 촬영 시 엑스선 제너레이터와 엑스선 센서는 촬영대상영역의 중심축을 그 회전축으로 하여 회전하고, 촬영대상영역을 투과한 전 면적의 엑스선을 수광해야 한다. 따라서 파노라마 엑스선 영상 촬영용 센서 대비 월등히 큰 대면적 센서를 필요로 한다. 그러나, 엑스선 센서의 면적이 커질수록 제조 비용은 기하급수적으로 늘어나므로 치과용 엑스선 영상 촬영장치 분야에서는 소폭의 센서로 그 폭의 2배보다 큰 촬영대상영역에 대한 CT 영상을 촬영하는 기술에 대한 요구가 있어왔다.
한편, 치과 분야에서 엑스선 파노라마 영상은 오래전부터 널리 사용되어 이제는 진단에 필수적인 표준 영상으로 인식되고 있다. 따라서, 엑스선 CT 영상을 제공하기 위한 촬영장치에도 파노라마 영상 촬영 기능이 추가되는 경우가 많다. 이러한 경우에도 진단에 있어서 중요한 영상인 만큼 정확도 높은 엑스선 파노라마 영상을 제공할 것이 요구된다.
전술한 기술적 요구에 부응하기 위하여, 본 발명은 소폭의 센서를 이용하여 경제적이고, 설치 및 촬영 공간을 덜 차지하면서도, 상대적으로 넓은 촬영대상영역에 대한 엑스선 CT 영상을 제공함은 물론, 왜곡되지 않은 정확도 높은 엑스선 파노라마 영상을 효율적으로 제공할 수 있는 엑스선 영상 촬영장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
전술한 과제의 해결을 위해, 본 발명의 한 측면에 따른 엑스선 영상 촬영 장치는, 회전축을 중심으로 회전하는 회전지지대; 상기 회전지지대의 일측에 배치되고, 엑스선 빔을 조사하는 엑스선 제너레이터를 구비하는 제너레이터부; 피검체를 사이에 두고 상기 회전지지대의 타측에 상기 제너레이터부와 대향 배치되고, 상기 회전지지대의 회전 중에 상기 회전축에 수직인 그 폭 방향으로 이동하는 소폭 센서를 구비하는 센서부; 및, 상기 회전지지대의 회전을 수반하여 다수의 투과 영상을 획득하는 엑스선 영상 촬영 시퀀스 중에 상기 회전지지대의 회전 속도 또는 상기 센서부의 프레임 레이트를 변화시키는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는, 상기 피검체의 관심부와 상기 소폭 센서 사이의 거리 변화에 따라 상기 회전지지대의 회전 속도 또는 상기 센서부의 프레임 레이트를 변화시켜 확대도 변화를 보상하는 것일 수 있다.
상기 제어부는 상기 확대도가 상대적으로 큰 구간에서 상기 회전지지대의 회전 속도를 상대적으로 높이거나 상기 센서부의 프레임 레이트를 상대적으로 낮출 수 있다.
이 경우, 상기 제어부는 상기 확대도가 상대적으로 큰 구간에서 상기 회전지지대의 회전 속도를 일정하게 유지하며, 상기 센서부의 프레임 레이트를 상대적으로 낮출 수 있다. 또한, 상기 제어부는 상기 확대도가 상대적으로 큰 구간에서 상기 센서부의 프레임 레이트를 일정하게 유지하며, 상기 회전지지대의 회전 속도를 상대적으로 높일 수도 있다.
상기 엑스선 영상 촬영 시퀀스는 파노라마 영상 촬영 시퀀스이고, 상기 피검체의 관심부는 악궁 궤적을 따라 분포될 수 있다.
이때, 상기 제어부는 구치부의 투과 영상을 획득하는 구간에서 전치부의 투과 영상을 획득하는 구간보다 상기 회전지지대의 회전 속도를 상대적으로 높이거나, 상기 센서부의 프레임 레이트를 상대적으로 낮출 수 있다.
또한, 상기 다수의 투과 영상을 소정 간격으로 시프트(shift)시키며 중첩시켜 상기 악궁 궤적 상의 위치에 따른 횡축 방향의 확대도 차이를 보상하고, 상기 악궁 궤적 상의 횡축 방향 위치에 따라 서로 다른 비율을 적용하여 종축 방향의 확대도를 보정하는, 영상 재구성부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 한 측면에 따른 엑스선 영상 촬영 장치는, 회전축을 중심으로 회전하는 회전지지대; 상기 회전지지대의 일측에 배치되고, 엑스선 빔을 조사하는 엑스선 제너레이터를 구비하는 제너레이터부; 피검체를 사이에 두고 상기 회전지지대의 타측에 상기 제너레이터부와 대향 배치되고, 상기 회전지지대의 회전 중에 상기 회전축에 수직인 그 폭 방향으로 이동하는 소폭 센서를 구비하는 센서부; 및, 상기 회전지지대의 회전을 수반하여 다수의 투과 영상을 획득하는 엑스선 영상 촬영 시퀀스 중에 피검체의 관심부와 상기 소폭 센서 사이의 거리 변화에 따른 확대도 변화의 보상을 위해 상기 회전지지대의 회전 속도 또는 상기 센서부의 프레임 레이트를 변화시키는 제어부를 포함하고, 상기 엑스선 제너레이터는 상기 엑스선 빔의 방향이 상기 회전축에 수직인 평면에 대하여 소정의 기울기를 갖도록 설치되고, 상기 소폭 센서는 상기 회전축에 평행한 면에 대해서 소정의 각도로 기울어지게 설치된다.
여기서, 상기 엑스선 영상 촬영 시퀀스는 파노라마 영상 촬영 시퀀스이고, 상기 피검체의 관심부는 악궁 궤적을 따라 분포되며, 상기 다수의 투과 영상을 소정 간격으로 시프트(shift)시키며 중첩시켜 상기 악궁 궤적 상의 위치에 따른 횡축 방향의 확대도 차이를 보상하고, 상기 악궁 궤적 상의 횡축 방향 위치에 따라 서로 다른 비율을 적용하여 종축 방향의 확대도를 보정하는, 영상 재구성부를 더 포함할 수 있다.
상기 영상 재구성부는, 상기 소폭 센서의 기울어진 배치에 따른 상부와 하부의 확대도 차이를 보정할 수도 있다.
본 발명에 따른 구성이 적용된 엑스선 영상 촬영장치는, 소폭의 센서를 이용하여 경제적이고, 설치 및 촬영 공간을 덜 차지하면서도, 상대적으로 넓은 촬영대상영역에 대한 엑스선 CT 영상을 제공함은 물론, 왜곡되지 않은 정확도 높은 엑스선 파노라마 영상을 효율적으로 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 엑스선 영상 촬영장치의 촬영부 구성을 보인다.
도 2는 상기 도 1의 실시예에 따른 촬영부 구성에 의해서 동일한 크기의 촬영대상영역을 제공함을 전제로 촬영부의 회전 범위가 축소되는 원리를 보인다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 엑스선 영상 촬영장치의 촬영부에서 소폭 센서로 넓은 촬영대상영역을 제공하는 구성을 보인다.
도 4는 상기 도 3의 실시예에 따른 촬영부를 이용하여 악궁 궤적에 따른 파노라마 영상을 촬영하는 모습을 보인다.
도 5는 악궁 형상과 이를 촬영한 파노라마 영상의 이상적인 관계를 보이는 모식도이다.
도 6은 상기 도 5의 악궁 형상을 촬영한 파노라마 영상의 왜곡 및 그 보정 방식에 대한 설명을 위한 모식도이다.
도 7a는 확대도 보상이 적용되지 않은 무보정 파노라마 영상의 예를 보인다.
도 7b는 촬영 시퀀스에 횡축 확대도 보상이 적용된 파노라마 영상의 예를 보인다.
도 7c는 상기 도 7b의 영상에 촬영 시퀀스에 따른 종축 확대도 보정 및 틸팅 보정이 적용된 파노라마 영상의 예를 보인다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 설명한다. 실시예를 통해 본 발명의 기술적 사상이 좀 더 명확하게 이해될 수 있을 것이다. 본 발명이 이하에 설명된 실시예에 한정되는 것이 아니다. 동일한 도면 부호는 동일한 성격의 구성요소임을 나타내는 것으로서, 한 도면에서 설명된 구성요소와 동일한 도면 부호를 갖는 구성요소에 대한 설명은 다른 도면에 대한 설명에서는 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 엑스선 영상 촬영장치의 촬영부 구성을 보인다.
본 발명에 따른 엑스선 영상 촬영장치는 다수의 엑스선 투과 영상을 획득하는 촬영부와, 상기 촬영부를 제어하는 제어부, 그리고 상기 다수의 엑스선 투과 영상을 이용하여 엑스선 CT 영상 및 파노라마 영상을 재구성하는 재구성부를 포함하여 구성된다. 필요에 따라서는 상기 촬영부의 외부를 둘러싸는 촬영부 케이스를 더 구비할 수도 있다. 본 도면은 이들 중 상기 촬영부의 구성을 보인다.
촬영부(13)는 회전구동부(25)와, 상기 회전구동부(25)에 의해 회전축(25C)을 중심으로 회전하는 회전지지대(30)를 포함하고, 상기 회전지지대(30)의 일측에 배치되고, 엑스선 제너레이터(321T)와 콜리메이터(322)를 구비하여 소정의 폭으로 콜리메이션된 엑스선 빔을 조사하는, 제너레이터부(32)와, 그리고 상기 회전지지대(30)의 타측에 피검체를 사이에 두고 상기 제너레이터부(32)와 대향 배치되고, 상기 회전지지대(30)의 회전 시에 그 주연 방향, 바람직하게는 회전궤적의 접선 방향으로 이동하는 소폭 센서를 갖는, 센서부(31T)를 포함하여 구성된다.
상기 엑스선 제너레이터(321T)와 상기 콜리메이터(322)는 측면에서 봤을 때 점선으로 표시된 엑스선 빔의 조사 방향이 상기 회전지지대(30)의 회전축(25C)에 수직인 면에 대하여 소정의 기울기(θB)를 갖도록 설치된다. 상기 센서부(31T)는 그 수광면이 상기 회전축(25C)에 평행한 면에 대하여 소정의 각도로 기울어져 상기 엑스선 제너레이터(321T)와 대향하도록 배치된 소폭 센서를 구비한다. 여기서, 상기 엑스선 빔의 조사 방향은 회전축(25C)에 수직인 면에 대하여 아래에서 위를 향해 기울어져서 상기 소정의 기울기(θB)가 0도<θB < 90도이고, 좀 더 바람직하게는 0도<θB < 45도인 조건을 만족하도록 할 수 있다. 그 결과 상기 센서부(31T) 역시 상기 회전축(25C)에 평행한 면, 즉 상기 회전축(25C)를 중심으로 한 가상의 원통형상의 외주면에 대해 아래쪽을 향해 상기 θB에 대응되는 각도만큼 기울어져서, 상기 센서부(31T)가 상기 회전지지대(30)가 속한 평면과 이루는 각(θS)이 90도<θS< 180도이고, 좀 더 바람직하게는 90도<θS < 135도인 조건을 만족하도록 할 수 있다. 상기 센서부(31T)가 상기 엑스선 제너레이터(321T)의 촛점(XF)에서부터 시작된 엑스선 빔 조사 방향에 대하여 이루는 각은 측면에서 볼 때 수직을 이루는 것이 바람직하다.
상기 엑스선 빔의 조사 방향이 아래서 위로 경사지도록 하고 센서부(31T)가 아래를 향해 경사지도록 하는 것은, 상기 촬영부 내측의 공간이 아래쪽이 더 넓은 원추형으로 형성되도록 하여 피검자의 머리가 진입하기에 더 편리하게 해주는 역할을 한다.
한편, 본 실시예는 상기 제너레이터부(32)의 하우징은 상기 회전지지대(30)으로부터 수직으로 배치되고, 그 안에서 상기 엑스선 제너레이터(321T)가 경사지게 배치된 구성을 보이고 있으나, 상기 제너레이터부(32) 자체가 상기 센서부(31T)와 대략 평행하게 배치될 수도 있다.
상기 회전구동부(25)는 상기 촬영부 케이스의 상단부 내측에 지지되고, 상기 회전지지대(30)의 회전축(25C)이 그 구동축(253)과 연결되도록 설치될 수 있다. 일 예로 상기 회전구동부(25)는 일명 DD모터(Direct Drive Motor)를 포함하고, 상기 DD모터의 구동축(253) 중심이 상기 회전지지대(30)의 회전축(25C)과 일치하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 구동축(253) 주변에 전력선 또는 신호선 등의 배선은 케이블 꼬임을 방지하기 위해 슬립링 등을 통해 연결될 수 있다. 상기 슬립링은 무선 접점을 갖는 무선 슬립링일 수도 있다.
도 2는 상기 도 1의 실시예에 따른 촬영부 구성에 의해서 동일한 크기의 촬영대상영역을 제공함을 전제로 촬영부의 회전 범위가 축소되는 원리를 보인다.
상기 도 2에서 (a)는 종래와 같이 엑스선 빔의 조사 방향이 회전축(25C)에 수직인 면에 대해 평행하고, 따라서 센서부(31V)가 상기 회전축(25C)에 평행한 경우를 나타내고, (b)는 본 발명에 따라 상기 센서부(31T) 및 엑스선 빔의 조사 방향이 앞서 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 경사진 경우를 나타낸다.
여기서, 촬영대상영역의 높이(H)는 (a)와 (b)에서 서로 동일하다. (b)의 경우 엑스선 빔이 비스듬히 조사되고, 센서부(31T)가 경사지게 설치됨으로써, 엑스선 빔의 촛점(XF)이 (a)에서의 촛점(XV)보다 상대적으로 상기 회전축(25C)에 가깝게 위치하게 된다. 이는 곧 촬영부의 회전 반경이 상기 두 촛점(XF, XV) 사이의 거리 차만큼 좁혀질 수 있음을 의미한다. 그 결과 엑스선 영상 촬영장치가 차지하는 공간을 줄일 수 있고, 좀 더 직접적으로는 전술한 촬영부 케이스의 크기를 줄일 수 있다.
한편, (a)의 경우 엑스선 빔의 촛점(XV)과 피사체 사이의 거리(VH)에 대한 엑스선 빔의 촛점(XV)으로부터 센서부(31V) 사이의 거리로 정의되는 확대도는, 도면에서 수평선을 기준으로 상하가 대칭적이며 상기 센서부(31V)와 피사체가 구면 형태가 아닌 데에서 오는 약간의 오차를 제외하고는 상기 센서부(31V)의 상부와 하부에 대하여 거의 동일하다. 그런데, (b)의 경우는 상기 센서부(31T)가 피사체의 종축에 대해 기울어지게 배치됨으로 인해, 피사체의 상단부와 센서부(31T) 상단부 사이의 거리가 피사체 하단부와 센서부(31T) 하단부 사이의 거리보다 상대적으로 가깝다. 도면에서 FS1=FS2 이고, FH1>FH2 이므로, 피사체 상단부 이미지의 확대도인 FS1/FH1 는 피사체 하단부 이미지의 확대도인 FS2/FH2 보다 상대적으로 작다. 따라서, 상기 도 1의 촬영부(13)를 이용하여 엑스선 투과 영상을 촬영하면 예컨대 정사각형의 피사체가 대략 사다리꼴로 왜곡되는 현상이 일어난다.
따라서, 본 발명에 따른 엑스선 영상 촬영 장치는 엑스선 CT 영상 또는 파노라마 영상을 재구성하여 제공하는 과정에서 센서의 기울기에 따른 상하부의 확대로 차이를 보정한다. 재구성부가 악궁 궤적을 따라 획득된 다수의 투과 영상을 이용하여 파노라마 영상을 재구성하여 제공하는 경우, 상기 다수의 투과 영상을 횡방향으로 소정 간격으로 시프트(shift)시키며 중첩하여 일차적인 파노라마 영상을 재구성하고, 이 영상에 대해 전술한 상하 방향의 확대도 편차를 반영하여 왜곡이 보정된 파노라마 영상을 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 엑스선 영상 촬영장치의 촬영부에서 소폭 센서로 넓은 촬영대상영역을 제공하는 구성을 보인다.
본 도면은 촬영 시퀀스 중에 회전지지대(30)의 회전과 동시에 소폭 센서(311)의 이동을 수반하여 다수의 엑스선 투과 영상을 획득할 수 있도록 한 촬영부의 구성을 보이는데, 전술한 회전지지대(30)의 회전축(25C) 위에서 내려다본 모습을 개략적으로 표현한 것이다. 촬영부는 제어부(60)의 제어 신호를 받아, 엑스선 영상 촬영 시퀀스 수행한다. 치과용 엑스선 영상 촬영장치에 있어서, 엑스선 영상 촬영 시퀀스는 크게 엑스선 CT 촬영 시퀀스와 파노라마 영상 촬영 시퀀스로 나눌 수 있는데, 여기서는 먼저 엑스선 CT 촬영 시퀀스를 예로 들어 설명한다.
엑스선 CT 촬영 시퀀스 수행 시에는 피검체를 부분적으로 투과하는 엑스선 빔의 조사 경로를 회전시키며, 동시에 가상의 엑스선 빔 중심을 이동시켜 상기 엑스선 빔이 촬영대상영역 내의 모든 부분에 대하여 소정 범위 이상의 다양한 각도에서 조사되도록 구성된다.
상기 센서부(31)에는 상기 제너레이터부(32) 측을 향해 소폭 엑스선 센서(311)가 구비된다. 이때, CT 영상을 얻고자 하는 촬영대상영역 전체의 높이와 폭을 각각 t1, w1이라 하면(여기서 높이는 회전축에 평행한 방향의 최대 크기를 나타내고, 폭은 회전축에 수직인 방향의 최대 크기를 나타낸다), 소폭 엑스선 센서의 높이 t2는 확대율*제 1 높이(t1) 이상(t2≥ 확대율* t1)이고, 소폭 엑스선 센서의 폭 w2는 확대율*제 1 폭(w1)/2 미만(w2<확대율*w1/2)인 것을 특징으로 한다. 그리고 상기 소폭 엑스선 센서(311)는 상기 회전축(25C)을 중심으로 한 상기 센서부(31)의 회전 궤적, 예컨대 원형 궤적의 접선 방향으로 이동할 수 있도록 설치되며, 상기 제너레이터부(32)는 소폭 엑스선 센서(311)의 이동에 연동하여 상기 소폭 엑스선 센서(311)를 향해 조준된 엑스선 빔(XC)을 방출한다.
본 도면에서 회전축(25C)을 중심으로 한 동심원들(F, FA, FB, FC)은 상기 소폭 엑스선 센서(311)의 이동 범위에 따라 확장되는 촬영대상영역을 나타낸다. 예컨대, 상기 소폭 엑스선 센서(311)가 실선으로 표시된 초기 위치에 고정된 상태로 상기 회전지지대(30)가 일정각도 이상, 일례로 360도 회전하면 가장 작은 촬영대상영역(F)에 대한 엑스선 CT 영상을 얻을 수 있다. 이는 종래의 하프빔 방식의 엑스선 CT 촬영장치와 실질적으로 유사하다. 그리고, 상기 회전축(25C)을 중심으로 한 추가적인 회전을 수반하는 연속된 엑스선 영상 촬영 중에 상기 소폭 엑스선 센서(311)가 실선으로 표시된 위치로부터 일례로 그 폭만큼 접선 방향으로 이동(311A) 한 경우 그 촬영대상영역(FA)은 그 반지름이 상기 소폭 엑스선 센서(311)의 폭만큼 확장된다. 이와 마찬가지로 상기 소폭 엑스선 센서(311)가 연속 촬영 중에 그 폭의 두 배만큼 이동(311B)하고 세 배만큼 이동(311C)한 경우, 촬영대상영역(FB, FC) 역시 그 이동범위의 증가에 따라 확장된다. 따라서, 상기 소폭 엑스선 센서(311)의 폭은 확장된 실제 촬영대상영역(FA, FB, FC)의 반지름에 최대확대율을 곱한 값보다 작다.
참고로, 이상에서는 설명의 편의를 위해 소폭 엑스선 센서(311)의 이동이 회전축(25C)을 중심으로 하는 회전주기에 따라 단계적으로 진행되는 것으로 살펴보았지만, 바람직하게는 소폭 엑스선 센서(311)의 이동은 회전축(25C)을 중심으로 하는 회전과 동시에 진행될 수 있다. 이점에 대해서는 이하의 설명을 통해 쉽게 알 수 있다.
장치 구성의 관점에서 보면, 상기 센서부(31)는 상기 소폭 엑스선 센서(311)를 제한된 범위에서 그 회전 궤적의 접선 방향으로 이동할 수 있도록 하는 소폭 엑스선 센서 구동부(312)를 포함한다. 상기 소폭 엑스선 센서 구동부(312)는 예컨대, 동력을 발생시키는 모터(315)와 그 동력을 전달하는 구동축(314) 그리고 상기 소폭 엑스선 센서(311)의 일부와 상기 구동축(314)을 연결하는 연결부(313)로 구성될 수 있다. 다만, 이러한 기구적인 구성은 하나의 예에 불과하고, 다양한 형태로 구현될 수 있을 것이다.
한편, 제너레이터부(32)는 상기 소폭 엑스선 센서(311)의 폭을 커버할 수 있는 정도의 폭으로 상기 소폭 엑스선 센서(311)의 위치 이동에 연동하여 조준된 엑스선 빔(XC)을 조사한다. 이를 위한 구성의 한 예로서 상기 제너레이터부(32)는 상기 소폭 엑스선 센서의 이동 범위를 커버하는 넓은 폭의 엑스선 빔(XT)을 방출하는 엑스선 제너레이터(321)와, 상기 넓은 폭의 엑스선 빔(XT)을 조절하여, 상기 소폭 엑스선 센서(311)의 폭을 커버하는 좁은 폭을 가지고 상기 소폭 엑스선 센서(311)의 위치에 따라 조준된 엑스선 빔(XC)을 방출하는 콜리메이터(322)를 포함할 수 있다. 상기 콜리메이터(322)는 엑스선 빔을 부분적으로 차폐할 수 있는 적어도 하나의 블레이드(323)와 상기 적어도 하나의 블레이드(323)를 이동시킬 수 있도록 예컨대, 동력을 발생시키는 모터(324)와 그 동력을 전달하는 구동축(325) 그리고 블레이드(323)의 일부와 상기 구동축(325)을 연결하는 연결부(326)로 구성될 수 있다. 상기 콜리메이터(322)는 상기 조준된 엑스선 빔(XC)을 투과시키는 일정한 폭의 슬릿을 가진 하나의 블레이드를 하나의 모터로 구동할 수도 있고, 둘 이상의 블레이드에 개별적으로 구비된 모터로 구동할 수도 있다.
다만, 전술한 제너레이터부(32)의 이러한 구성은 하나의 예에 불과하고, 다양한 형태로 구현될 수 있을 것이다. 예를 들면, 상기 소폭 엑스선 센서(311)의 폭을 커버하는 수준의 좁은 폭의 엑스선 빔을 방출하는 엑스선 제너레이터와 그러한 엑스선 제너레이터의 조사 방향을 상기 소폭 엑스선 센서(311)의 위치 이동에 연동하여 조종함으로써 조준된 엑스선 빔을 방출하도록 구성될 수도 있다. 이 외에도 다양한 형태의 구성이 가능하다.
한편, 전술한 실시예에 따른 엑스선 영상 촬영장치는 상기 제너레이터부(32) 및 상기 센서부(31)와 연결되어, 상기 제너레이터부(32)가 상기 소폭 엑스선 센서(311)의 위치 이동과 연동하여 조준된 엑스선 빔(XC)을 방출하도록 이들을 제어하는 제어부(60)를 포함할 수 있다. 좀 더 구체적으로 상기 제어부(60)는 예컨대 상기 소폭 엑스선 센서 구동부(312)와 연결되어 모터(315)를 제어하면서 그 제어 신호 또는 상기 소폭 엑스선 센서(311)의 위치 정보를 피드백 받은 신호를 이용하여 상기 제너레이터부(32)로부터 방출되는 엑스선 빔의 방향을 제어할 수 있다. 엑스선 빔의 방향 제어는 본 도면의 실시예와 같이 콜리메이터(322)를 구동하는 모터(324)에 대한 제어를 통해 이루어질 수 있다. 다만, 전술한 바와 같이 제너레이터부(32)가 다른 형태로 구현되는 경우 상기 제어부(60)의 제어 신호를 받는 구체적인 대상은 달라질 수 있다.
본 도면은 상기 회전축(25C) 위에서 내려다 본 모습을 표현한 것이므로, 상기 센서부(31)와 상기 엑스선 제너레이터(321)의 수직 방향의 경사는 표현되지 않았으나, 이들은 상기 도 1에 도시된 센서부(31T) 및 엑스선 제너레이터(321T)와 마찬가지로 수직의 회전축(25C)에 대해 경사지게 배치된 것일 수 있다. 이점은 이하의 설명에서도 마찬가지다.
도 4는 상기 도 3의 실시예에 따른 촬영부를 이용하여 악궁 궤적에 따른 파노라마 영상을 촬영하는 모습을 보인다.
도시된 바와 같이, 소폭 센서(311E, 311F, 311G)를 포함하는 센서부(31E, 31F, 31G)를 상기 회전축(25C)을 중심으로 회전시키되, 상기 소폭 센서(311E, 311F, 311G)의 위치를 그 회전 궤적의 접선 방향, 즉 그 폭 방향으로 이동시킴으로써 실제로는 회전축(25C)을 이동시키지 않으면서도 종래의 파노라마 엑스선 촬영장치에서 그 회전축을 이동시키는 것과 같은 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 엑스선 CT 촬영장치는, 엑스선 CT 영상 및 3차원 영상을 제공하는 것 외에도 이와 같은 특성을 이용하여 악궁 궤적(DA)을 따라 분포된 이미지 레이어에 대한 엑스선 파노라마 영상을 제공할 수 있다.
이때, 촬영부의 회전축(25C)이 고정되어 있는 반면 악궁 궤적(DA)은 원호 형태가 아닌 활 또는 포물선 등의 형태를 띠고 있으므로, 도면에 표시된 상기 소폭 센서(311E, 311F, 311G)의 위치에 따라서 투과 영상 획득되는 부분, 즉 구치부(DE), 견치부(DF) 또는 전치부(DG)와 상기 소폭 센서(311E, 311F, 311G)와의 거리가 달라진다. 이들 위치에서 각각 엑스선 제너레이터(321E, 321F, 321G)와 소폭 센서(311E, 311F, 311G) 사이의 거리는 동일하므로, 결국 획득된 투과 영상의 확대도에 차이가 생긴다. 본 도면의 예에 비추어 보면, 전치부(DG)에 대해서는 확대도가 상대적으로 낮은 투과 영상이 획득되고, 구치부(DE)에 대해서는 확대도가 상대적으로 높은 투과 영상이 획득된다. 따라서, 촬영부에서 이렇게 획득된 다수의 투과 영상을 이용하여 악궁 궤적(DA)에 대한 파노라마 영상을 재구성함에 있어서, 각 부분에 대해서 균등한 확대도가 적용된 영상을 얻기 위해서는 어떤 식으로든 확대도에 대한 보상 또는 보정 작업이 요구된다.
한편, 본 실시예에 따른 엑스선 영상 촬영 장치는 상기 악궁의 각 부분들, 예컨대 구치부(DE), 견치부(DF) 및 전치부(DG)의 투과 영상을 획득할 때, 회전지지대의 각도 및 센서부(31E, 31F, 31G)에서 소폭 센서(311E, 311F, 311G)의 위치와 같은 지오메트리(geometry) 정보 또는 이들을 계산해 낼 수 있는 값을 함께 획득하여 저장할 수 있다. 이러한 지오메트리 정보와 악궁 궤적의 좌표 정보를 이용하면 투과 영상마다 확대도 값을 얻거나, 투과 영상 획득 위치에 따른 확대도의 관계를 얻을 수 있다.
도 5는 악궁 궤적을 따른 이미지 레이어와 이를 촬영한 파노라마 영상의 이상적인 관계를 보이는 모식도이다.
도 5의 (a)는 악궁 궤적을 따른 이미지 레이어를 그리드 형태로 표현한 사시도로서, 활처럼 휘어진 가운데 부분이 앞니 부분, 즉 전치부(DG)에 해당하고, 양쪽 끝에 가까운 부분이 어금니 부분, 즉 구치부(DE)에 해당한다. 도 5의 (b)는 상기 (a)의 이미지 레이어를 평면적으로 펼쳐 표현한 이상적인 파노라마 영상을 나타낸다. 여기서 이상적인 파노라마 영상이란 부분별 확대도 차이에 따른 왜곡이 없는 파노라마 영상을 의미한다. (b)에서 전치부(DG)와 구치부(DE)의 확대도의 편차가 없다.
본 발명에 따른 엑스선 영상 촬영장치에서 이와 같이, 확대도 편차에 의한 왜곡이 없는 파노라마 영상을 얻기 위한 방안은 몇 가지가 있을 수 있다. 첫 번째는 위에서 설명한 바와 같이, 촬영부에서 각각의 투과 영상 획득 시에 함께 획득된 지오메트리 정보를 이용하여 촬영된 피검체의 관심부에 대한 확대도를 구하고, 이를 반영하여 확대도가 보정된 다수의 투과 영상을 이용하여 파노라마 영상을 재구성하는 방식이다. 재구성을 위해 다수의 투과 영상을 횡축 방향으로 시프트(shift)시키며 중첩시킬 때, 인접한 투과 영상 사이의 시프트 간격은 촬영된 피검체 관심부 사이의 악궁 궤적 상에서의 실제 거리와 같도록 할 수 있다.
다만, 본 발명에 따른 엑스선 영상 촬영장치는 위와 같은 파노라마 영상 재구성 방식에 한정되지 않는다. 이와 같은 방식으로 각각의 투과 영상마다 확대도 보정을 선행하고, 촬영된 피검체 관심부의 악궁 궤적 상의 절대적 위치를 반영하여 시프트 및 중첩하여 재구성하는 경우, 왜곡 없는 파노라마 영상을 얻을 수 있다. 반면, 영상 재구성 작업에 많은 시간과 연산 자원이 소요되는 단점이 따른다. 이러한, 단점을 극복하고 왜곡 없는 파노라마 영상을 제공하기 위해 다른 확대도 보상 또는 보정 방식이 채용될 수 있다. 그러한 방식에 관하여 이하에서 좀 더 상세히 설명한다.
도 6은 상기 도 5의 악궁 형상을 촬영한 파노라마 영상의 왜곡 및 그 보정 방식에 대한 설명을 위한 모식도이다.
도 6의 (a)는 회전지지대의 회전과 소폭 센서의 폭 방향 이동을 수반하는 엑스선 영상 촬영장치의 촬영부를 이용하여 촬영하되, 확대도 보상 또는 보정을 적용하지 않은 왜곡된 파노라마 영상의 예를 모식적으로 보인다. 앞서 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 전치부(DG)는 상대적으로 확대도가 작고, 구치부(DE)는 상대적으로 확대도가 크다. 따라서, 확대도 보상 또는 보정 없이 파노라마 영상을 재구성하면 전술한 도 5의 (a)와 같은 이미지 레이어가 도 6의 (a)와 같이 전치부(DG)는 횡축 및 종축 방향 격자 간격이 상대적으로 좁게, 구치부(DE)는 횡축 및 종축 방향 격자 간격이 상대적으로 넓게 왜곡되어 표현된다.
구치부(DE) 쪽에서 횡축 방향의 격자 간격이 실제보다 넓게 왜곡되는 것은 파노라마 영상 재구성 방식과도 관계가 있다. 일반적으로 일정한 회전 속도와 일정한 프레임 레이트로 촬영되는 일련의 촬영 시퀀스에 의해 촬영된 다수의 투과 영상을 순차적으로 시프트시키며 중첩시킬 때, 시프트시키는 간격은 각 투과 영상 프레임마다 촬영된 피검체의 관심부가 악궁 궤적 상에서 등간격으로 분포되어 있다는 가정하에 파노라마 영상을 재구성하기 때문이다. 이와 같은 재구성 방식은 비교적 적은 연산 자원으로 짧은 시간에 재구성 영상을 제공하는 데에 적합하다. 반면, (a)에 도시된 바와 같은 왜곡을 수반하게 된다.
도 6의 (b)는 상기 도 4를 참조하여 설명된 파노라마 영상 촬영 시퀀스에 횡축 방향의 확대도 보상 방식을 적용하고, 그 결과로 재구성된 파노라마 영상의 예를 모식적으로 보인다. 여기서 횡축 방향의 확대도 보상 방식이란, 상기 도 6의 (a)를 참조하여 설명된 왜곡을 촬영 시퀀스, 즉 다수의 투과 영상 획득 과정에서 보상하기 위해서 센서부의 위치에 따라, 좀 더 구체적으로는 소폭 센서와 악궁 궤적 상의 피검체 관심부 사이의 거리 변화에 따라서 회전지지대의 회전 속도에 변화를 주거나 다수의 투과 영상 프레임을 획득하는 프레임 레이트를 변화시키는 것을 말한다.
도 4를 함께 참조하여 설명하면, 전치부(DG) 촬영시에는 악궁 궤적과 소폭 센서(311G) 사이의 거리가 가까워 확대도가 상대적으로 작으므로, 프레임 레이트가 일정한 경우에는 회전지지대의 회전 속도를 상대적으로 느리게 하고, 회전 속도가 일정한 경우에는 프레임 레이트, 즉 시간당 촬영 프레임 수를 높여서 상대적으로 더 촘촘하게 악궁 궤적에 대한 투과 영상을 획득한다. 구치부(DE)와 같이 악궁 궤적과 소폭 센서(311E)의 거리가 멀어서 확대도가 상대적으로 큰 구간에서는, 프레임 레이트가 일정한 경우에는 회전지지대의 회전 속도를 상대적으로 빠르게 하고, 회전 속도가 일정할 경우에는 프레임 레이트를 상대적으로 낮춰서 투과 영상을 획득한다. 이렇게 획득된 다수의 투과 영상 프레임들을 소정의 간격으로 시프트시키며 중첩하여 재구성하면, 도 6의 (a)에서 설명한 횡축 방향으로의 확대도 차이에 의한 왜곡을 보상할 수 있다. 그 결과 (b)는 횡축 방향으로 격자 간격이 일정한 모습을 보인다. 한편, 이와 같이 회전지지대의 회전 속도 또는 센서부의 프레임 레이트 변화를 수반하는 확대도 보상 작업은 상기 도 3의 제어부(60)에 의해 이루어질 수 있다.
도 6의 (c)는 상기 (b)와 같은 방식으로 횡축 방향으로 확대도가 보상된 파노라마 영상에 대하여 종축 방향의 확대도 보정을 수행한 결과를 모식적으로 보인다. 종축 방향의 확대도 보정은 전술한 바와 같이 촬영 시퀀스 수행 중에 획득된 지오메트리 정보 등을 활용하여, 악궁 궤적 상의 횡축 방향의 위치에 따라 서로 다른 종축 방향 확대도를 구하고, 이를 상기 (b) 영상의 대응되는 부분에 반영하여 종축 방향이 확대도를 보정한다. 그 결과, (c)에서는 전치부(DG) 및 구치부(DE)에서 종축 방향의 격자 간격이 서로 동일하게 보정된 것을 볼 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 본 발명의 한 실시예에 따른 엑스선 영상 촬영장치는 도 1에 도시된 바와 같이 회전지지대의 회전축(25C) 방향에 대해 기울어지게 설치된 센서부(31T)를 가진다. 이 경우, 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 상하 확대도 편차에 의한 왜곡이 발생하는데, 상기 (c)에서 영상이 사다리꼴 형태로 왜곡된 것은 이 때문이다.
도 6의 (d)는 센서부의 틸팅에 의한 사다리꼴 형태의 왜곡을 보정한 결과를 모식적으로 보인다. 도 2에 도시된 바와 같이 센서부(31T) 상의 높이에 따른 확대도 분포를 기하학적으로 산출하고, 이를 상기 (c)에 해당하는 파노라마 영상에 반영하는 방식으로 센서부 틸팅에 의한 왜곡을 보정할 수 있다.
여기서, 도 6의 (c) 및 (d)를 참조하여 설명한 보정 작업은, 다수의 투과 영상을 이용하여 재구성부에서 파노라마 영상을 재구성하는 과정에서 순차적으로 또는 동시에 수행될 수 있다. 전술한 두 가지 확대도 보정을 동시에 수행하는 경우, 상기 (b)에 해당하는 중간 단계의 파노라마 영상을 다수의 영역으로 분할하고 분할된 각각의 섹션마다 횡축 방향의 보정 상수와 종축 방향의 보정 상수를 미리 산출하고 이를 적용함으로써 (d)에 해당하는 보정된 파노라마 영상을 제공할 수도 있다.
도 7a는 확대도 보상이 적용되지 않은 무보정 파노라마 영상의 예를 보인다. 횡축 및 종축 방향으로 전치부는 상대적으로 작게 구치부는 상대적으로 크게 왜곡되어 표현된 것을 볼 수 있다.
도 7b는 촬영 시퀀스에 횡축 확대도 보상이 적용된 파노라마 영상의 예를 보인다. 전치부와 구치부에서 치아들의 횡축 방향의 폭이 실제 치아폭의 비에 좀 더 가깝게 보정된 것을 볼 수 있다.
도 7c는 상기 도 7b의 영상에 촬영 시퀀스에 따른 종축 확대도 보정 및 틸팅 보정이 적용된 파노라마 영상의 예를 보인다. 종축 방향의 확대도 왜곡은 물론 영상 상부와 하부의 확대도 편차에 따른 왜곡도 보정된 것을 볼 수 있다.
본 발명은 엑스선 영상 촬영장치에 관한 것으로서, 의료용 엑스선 영상 진단 장비 분야, 좀 더 구체적으로는 치과용 엑스선 영상 진단 장비 분야에 이용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 회전축을 중심으로 회전하는 회전지지대;
    상기 회전지지대의 일측에 배치되고, 엑스선 빔을 조사하는 엑스선 제너레이터를 구비하는 제너레이터부;
    피검체를 사이에 두고 상기 회전지지대의 타측에 상기 제너레이터부와 대향 배치되고, 상기 회전지지대의 회전 중에 상기 회전축에 수직인 그 폭 방향으로 이동하는 소폭 센서를 구비하는 센서부; 및,
    상기 회전지지대의 회전을 수반하여 다수의 투과 영상을 획득하는 엑스선 영상 촬영 시퀀스 중에 상기 회전지지대의 회전 속도 또는 상기 센서부의 프레임 레이트를 변화시키는 제어부를 포함하는,
    엑스선 영상 촬영장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 피검체의 관심부와 상기 소폭 센서 사이의 거리 변화에 따라 상기 회전지지대의 회전 속도 또는 상기 센서부의 프레임 레이트를 변화시켜 확대도 변화를 보상하는,
    엑스선 영상 촬영장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 확대도가 상대적으로 큰 구간에서 상기 회전지지대의 회전 속도를 상대적으로 높이거나 상기 센서부의 프레임 레이트를 상대적으로 낮추는,
    엑스선 영상 촬영장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 확대도가 상대적으로 큰 구간에서 상기 회전지지대의 회전 속도를 일정하게 유지하며, 상기 센서부의 프레임 레이트를 상대적으로 낮추는,
    엑스선 영상 촬영장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 확대도가 상대적으로 큰 구간에서 상기 센서부의 프레임 레이트를 일정하게 유지하며, 상기 회전지지대의 회전 속도를 상대적으로 높이는,
    엑스선 영상 촬영장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 엑스선 영상 촬영 시퀀스는 파노라마 영상 촬영 시퀀스이고, 상기 피검체의 관심부는 악궁 궤적을 따라 분포된,
    엑스선 영상 촬영장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는 구치부의 투과 영상을 획득하는 구간에서 전치부의 투과 영상을 획득하는 구간보다 상기 회전지지대의 회전 속도를 상대적으로 높이거나, 상기 센서부의 프레임 레이트를 상대적으로 낮추는,
    엑스선 영상 촬영장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 다수의 투과 영상을 소정 간격으로 시프트(shift)시키며 중첩시켜 상기 악궁 궤적 상의 위치에 따른 횡축 방향의 확대도 차이를 보상하고, 상기 악궁 궤적 상의 횡축 방향 위치에 따라 서로 다른 비율을 적용하여 종축 방향의 확대도를 보정하는, 영상 재구성부를 더 포함하는,
    엑스선 영상 촬영장치.
  9. 회전축을 중심으로 회전하는 회전지지대;
    상기 회전지지대의 일측에 배치되고, 엑스선 빔을 조사하는 엑스선 제너레이터를 구비하는 제너레이터부;
    피검체를 사이에 두고 상기 회전지지대의 타측에 상기 제너레이터부와 대향 배치되고, 상기 회전지지대의 회전 중에 상기 회전축에 수직인 그 폭 방향으로 이동하는 소폭 센서를 구비하는 센서부; 및,
    상기 회전지지대의 회전을 수반하여 다수의 투과 영상을 획득하는 엑스선 영상 촬영 시퀀스 중에 피검체의 관심부와 상기 소폭 센서 사이의 거리 변화에 따른 확대도 변화의 보상을 위해 상기 회전지지대의 회전 속도 또는 상기 센서부의 프레임 레이트를 변화시키는 제어부를 포함하고,
    상기 엑스선 제너레이터는 상기 엑스선 빔의 방향이 상기 회전축에 수직인 평면에 대하여 소정의 기울기를 갖도록 설치되고, 상기 소폭 센서는 상기 회전축에 평행한 면에 대해서 소정의 각도로 기울어지게 설치된,
    엑스선 영상 촬영장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 엑스선 영상 촬영 시퀀스는 파노라마 영상 촬영 시퀀스이고, 상기 피검체의 관심부는 악궁 궤적을 따라 분포되며,
    상기 다수의 투과 영상을 소정 간격으로 시프트(shift)시키며 중첩시켜 상기 악궁 궤적 상의 위치에 따른 횡축 방향의 확대도 차이를 보상하고, 상기 악궁 궤적 상의 횡축 방향 위치에 따라 서로 다른 비율을 적용하여 종축 방향의 확대도를 보정하는, 영상 재구성부를 더 포함하는,
    엑스선 영상 촬영장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 영상 재구성부는, 상기 소폭 센서의 기울어진 배치에 따른 상부와 하부의 확대도 차이를 보정하는,
    엑스선 영상 촬영장치.
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