WO2017164720A1 - 소형 엑스선 디텍터를 이용하여 획득된 프로젝션 영상을 재구성하는 엑스선 영상 처리 장치 및 방법 - Google Patents

소형 엑스선 디텍터를 이용하여 획득된 프로젝션 영상을 재구성하는 엑스선 영상 처리 장치 및 방법 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an X-ray image processing apparatus and method for reconstructing a photographing region with a projection image, and more particularly, a small projection image having a width less than 1/2 of a field of view (FOV) obtained by a small X-ray detector.
  • the present invention relates to an X-ray image processing apparatus and method for reconstructing a three-dimensional image of an entire photographing area.
  • an X-ray image processing apparatus includes an X-ray source and an X-ray detector, among which a CT image requires a large area X-ray detector that is relatively expensive.
  • manufacturers require an X-ray image processing apparatus using a relatively small X-ray detector to reduce the production cost of the X-ray image processing apparatus and users to reduce the maintenance cost of the X-ray image processing apparatus.
  • X-ray image processing apparatuses that reconstruct a photographing area with a relatively small detector, for example, a half-beam detector having a width direction intersecting the rotation axis with a width of 1/2 or more of the photographing area (FOV). To produce.
  • the width of the half-beam detector is still large, it is not easy to drastically reduce the production cost of the X-ray image processing apparatus.
  • the photographing area of the X-ray image processing apparatus also decreases correspondingly, thereby increasing the possibility of failing to secure a sufficient region of interest of the subject. Therefore, it is not easy to reduce the width of the X-ray detector more than a half-beam detector.
  • the present invention obtains a multi-directional projection image using a small X-ray detector that is smaller than the width of the conventional X-ray detector, specifically, less than 50% of the width of the imaging area, and acquires the entire projection area using the obtained projection image.
  • An X-ray image processing apparatus for reconstructing a 3D image of an object is provided.
  • the present invention is to provide a three-dimensional image for a large-capacity region having a large width, specifically, a width of more than 50% of the width of the X-ray detector while using a small X-ray detector of a relatively small width.
  • the apparatus of the present invention for achieving the above object, (a) by moving the X-ray detector in the width direction intersecting the rotation axis while rotating the X-ray source and the X-ray detector facing the rotation axis between the X-ray source and the X-ray detector Acquiring m divided projection images (n is an integer of 2 or more) for each of n preset angles (n is an integer of 1 or more) based on the rotation axis; generating a composite projection image for each shooting angle from the m divided projection images for each shooting angle; And (c) reconstructing the synthesized projection image to generate a reconstructed image.
  • step (a) the X-ray source and the X-ray detector are rotated by m * 360 degrees.
  • the method may further include correcting the m divided projection images for each photographing angle to the same photographing angle with respect to the rotation axis after the (a) step and before the (c) step.
  • step (a) and before the step (c) obtaining a plurality of reference projection images for each shooting angle at the preset n shooting angles and a plurality of shooting angles adjacent to each other; Obtaining a projection image closest to the m projection images for each photographing angle; Correcting the photographing angles of the m projection images for the photographing angles according to the photographing angles of the closest projection image for each photographing angle, and correcting the m divided projection images for the photographing angles with the same photographing angle with respect to the rotation axis. Characterized in that.
  • the present invention moves the X-ray detector in a width direction crossing the rotation axis while rotating the X-ray source and the X-ray detector around a rotation axis between the X-ray source and the X-ray detector, and n preset n points (n)
  • a division projection image acquisition unit for acquiring m division projection images (m is an integer of 2 or more) for each photographing angle;
  • a projection image synthesizing unit configured to generate a composite projection image for each shooting angle from the m divided projection images for each shooting angle;
  • an image reconstruction unit configured to reconstruct the synthesized projection image to generate a reconstructed image.
  • the split projection image obtaining unit may rotate the X-ray source and the X-ray detector by m * 360 degrees.
  • the image reconstructor may generate the reconstructed image by correcting the m divided projection images for each photographing angle to the same photographing angle with respect to the rotation axis.
  • the image reconstruction unit obtains a plurality of reference projection images for each photographing angle at the n photographing angles and a plurality of photographing angles adjacent to each other, and obtains the projection images closest to the m projection images for each photographing angle. Correcting the photographing angles of the m projection images for the photographing angles according to the photographing angles of the closest projection image for each photographing angle, thereby correcting the m divided projection images for the photographing angles with the same photographing angle with respect to the rotation axis. It is characterized by.
  • the present invention obtains a multi-directional projection image by using a small X-ray detector smaller than the width of a conventional X-ray detector, specifically, a width less than 50% of the shooting area, and using the obtained projection image, 3
  • An X-ray image processing apparatus for reconstructing a dimensional image is provided.
  • the present invention uses a small X-ray detector smaller than the width of the conventional X-ray detector, specifically, less than 50% of the width of the photographing area, thereby reducing production costs.
  • the present invention provides a three-dimensional image of a large imaging area having a large width, specifically, a width greater than 50% of the width of the X-ray detector while using a small X-ray detector having a relatively small width.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an X-ray image processing apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 2A to 2D are views illustrating an X-ray detector unit, an X-ray generator, and a controller of an X-ray image processing apparatus according to an embodiment of the present invention
  • 3A to 3D illustrate projection images acquired according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a main body of an X-ray image processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a composite projection image obtained by synthesizing the projection images of FIGS. 3A to 3D;
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a composite projection image obtained by synthesizing the projection images of FIGS. 3A to 3D;
  • 6a to 6e illustrate a process of reconstructing a synthesized projection image
  • 8A to 8E illustrate a process of reconstructing a synthesized projection image in consideration of error information
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an X-ray image processing method according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an X-ray image processing apparatus (hereinafter, referred to as an “X-ray image processing apparatus”) for reconstructing a projection image obtained by using a small X-ray detector according to an exemplary embodiment.
  • X-ray image processing apparatus an X-ray image processing apparatus
  • an X-ray image processing apparatus may be connected to a main body 10, a support 20 connected to one side of the main body 10, and one side of the support 20.
  • the rotary arm 30, the X-ray detector unit 31 disposed on one side of the rotary arm 30 about the rotary shaft 25C, and the rotary arm that is opposite to the X-ray detector unit 31 around the rotary shaft 25C ( And an X-ray generator 32 disposed at the other side of the substrate 30.
  • X-ray image processing apparatus includes a rotation drive device 25 provided between the rotary arm 30 and the support 20, the rotary arm 30 around the rotation axis 25C By rotating, the X-ray detector unit 31 and the X-ray generator 32 rotate about the rotation axis 25C.
  • FIGS. 2A to 2D are diagrams illustrating an X-ray detector unit 31, an X-ray generator 32, and a controller 70 of an X-ray image processing apparatus according to an exemplary embodiment.
  • the X-ray detector unit 31 when dividing a photographing area into a plurality of concentric circles of the same radius, the X-ray detector unit 31 has a field of view (FOV) of concentric circles (FA, FB, FC and FD).
  • FOV field of view
  • the X-ray detector driving unit 312 is a motor 315 for generating power, a drive shaft 314 for transmitting power and the connection portion 313 connecting the X-ray detector 311 and the drive shaft 314. It may include.
  • the longitudinal direction of the X-ray detector 311 refers to a direction parallel to the rotation axis 25C, and the width direction of the X-ray detector 311 crosses the rotation axis 25C, for example, the rotation axis 25C. Refers to the direction perpendicular to).
  • the X-ray generator 32 radiates X-rays irradiated by the X-ray source 321 according to the width and position of the X-ray source 321 and the X-ray detector 311 capable of radiating X-rays. It includes a collimator 322 to adjust the width and the direction of irradiation, the collimator 322 includes a collimator window or collimator blade 323 made of a material that absorbs X-rays, for example, lead (Pb) can do.
  • Pb lead
  • the collimator 322 may include a motor 324 for generating power capable of moving the at least one collimator window or collimator blade 323, a drive shaft 325 for transmitting the power, and a collimator window or collimator blade 323. It may include a connection portion 326 for connecting a portion and the drive shaft 325 of the.
  • the controller 70 controls the rotation driving device 25 to rotate the rotary arm 30 so that the X-ray detectors 31 and X-ray generators 32 on both sides thereof are opposed to each other.
  • the X-ray detector 311 and the X-ray detector 31 and the X-ray generator 32 are connected to each other to control the motor 315 of the X-ray detector 31 and the motor 324 of the X-ray generator 32.
  • Driving of the X-ray source 321 may be controlled respectively.
  • the controller 70 may control the X-ray source 321 to irradiate X-rays corresponding to the width of the X-ray detector 311 to the location where the X-ray detector 311 is located.
  • the concentric circles about the rotational axis 25C are photographed regions FA corresponding to light reception positions 311A, 311B, 311C, and 311D, which are continuous to each other of the X-ray detector 311, respectively. , FB, FC and FD).
  • multi-directional split projection is performed by moving in the width direction of the X-ray detector 311 and opposing rotation about the rotation axis 25C of the X-ray detector 311 and the X-ray source 321.
  • a segmentation projection image acquisition unit for acquiring an image is provided.
  • Multi-directional segmented projection images are obtained as described below.
  • the X-ray detector 311 is disposed and rotated at an initial light receiving position among m light receiving positions corresponding to each of the photographing regions of the entire photographing region consisting of m concentric circles (m is a natural number of 2 or more).
  • the arm 30 is rotated to align the X-ray detector 311 and the X-ray source 321 along the reference axis 25D passing through the rotation axis 25C.
  • the rotary arm 30 is rotated to rotate the X-ray detector 311 and the X-ray source 321 360 degrees about the rotation axis 25C.
  • the X-ray source 321 radiates X-rays to the X-ray detector 311 at every n (n is a natural number of 1 or more) preset shooting angles ⁇ based on the rotation axis 25C. By doing so, the X-ray detector 311 acquires n multi-directional split projection images.
  • the width X of the X-ray detector 311 is shifted by the width ⁇ of the X-ray detector 311 and disposed at a light receiving position corresponding to the next photographing area.
  • the rotary arm 30 is rotated to rotate the X-ray detector 311 and the X-ray source 321 360 degrees about the rotation axis 25C. While the rotary arm 30 is rotated 360 degrees, the X-ray source 321 radiates X-rays to the X-ray detector 311 at every n (n is a natural number of 1 or more) preset shooting angles ⁇ based on the rotation axis 25C. By doing so, the X-ray detector 311 acquires n multi-directional split projection images.
  • the X-ray detector 311 is moved in the width direction of the X-ray detector 311 to be rotated 360 degrees while being disposed at m light receiving positions, thereby obtaining a total of m x n divided projection images.
  • the X-ray detector 311 is moved to the first light receiving position 311A indicated by the solid line.
  • the rotating arm 30 rotates the X-ray detector 311 and the X-ray source 321 360 degrees about the rotation axis 25C. While the rotary arm 30 is rotated 360 degrees, the X-ray source 321 irradiates the X-ray detector 311 with the X-ray detector 311 at each of eight preset photographing angles ⁇ based on the rotation axis 25C. ) Acquires eight multi-directional segmented projection images corresponding to the first photographing area FA.
  • the width of the X-ray detector 311 is moved from the first light receiving position 311A to the second light receiving position 311B in the width direction of the X-ray detector 311. ⁇ ).
  • the rotating arm 30 rotates the X-ray detector 311 and the X-ray source 321 360 degrees about the rotation axis 25C. While the rotary arm 30 is rotated 360 degrees, the X-ray source 321 irradiates the X-ray detector 311 with the X-ray detector 311 at each of eight preset photographing angles ⁇ based on the rotation axis 25C. ) Acquires eight multi-directional segmented projection images corresponding to the second photographing area FB.
  • the width of the X-ray detector 311 is moved from the second light receiving position 311B to the third light receiving position 311C in the width direction of the X-ray detector 311. ⁇ ).
  • the rotating arm 30 rotates the X-ray detector 311 and the X-ray source 321 360 degrees about the rotation axis 25C. While the rotary arm 30 is rotated 360 degrees, the X-ray source 321 irradiates the X-ray detector 311 with the X-ray detector 311 at each of eight preset photographing angles ⁇ based on the rotation axis 25C. ) Acquires eight multi-directional segmented projection images corresponding to the third photographing area FC.
  • the width of the X-ray detector 311 is moved from the third light receiving position 311C to the fourth light receiving position 311D in the width direction of the X-ray detector 311. ⁇ ).
  • the rotating arm 30 rotates the X-ray detector 311 and the X-ray source 321 360 degrees about the rotation axis 25C. While the rotation arm 30 is rotated 360 degrees, the X-ray source 321 irradiates the X-ray detector 311 with X-ray detectors every 8 preset photographing angles ⁇ based on the rotation axis 25D, whereby the X-ray detector 311 ) Acquires eight multi-directional segmented projection images corresponding to the fourth photographing area FD.
  • an exemplary split projection image corresponds to one-fourth the size of a projection image (hereinafter, referred to as a "half beam image") in which a subject is photographed with a half beam.
  • the relative size of the split projection image with respect to the half beam image is not limited thereto and may vary depending on the number of times the X-ray detector 311 moves in the width direction of the X-ray detector 311.
  • the X-ray detector 311 may move once instead of three times in the direction of the driving shaft 314 to obtain a multi-directional split projection image at two light receiving positions.
  • the size of the split projection image may correspond to 1/2 of the half beam image. In this case, of course, the size of the entire photographing area will be reduced by half, compared to the example shown in FIGS. 2A to 2D.
  • the preset photographing angle ⁇ is an X-ray detector 311 and an X-ray source 321 in order to obtain multi-directional segmented projection images necessary for reconstructing the entire photographing area FA, FB, FC, and FD into three-dimensional images.
  • the preset shooting angle is 0, 45 with respect to the rotation axis 25C. , 90, 135, 180, 225, 270 and 315 degrees.
  • the obtained multi-directional split projection images are stored internally according to the command of the controller 70 together with the photographing angle information and the light receiving position information at the time of acquisition for each multi-directional split projection image. It is stored in a part (not shown).
  • the photographing angle information is 45 degrees
  • the light receiving position information is the third light receiving position 311C.
  • 3A to 3D are diagrams illustrating multi-directional split projection images acquired according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating a segmented projection image (ie, corresponding to A2 in Table 1) in which the photographing angle information is 45 degrees and the light receiving position information is the first light receiving position 311A
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a divided projection image (ie, corresponding to B2 in Table 1) in which the degree and the light receiving position information are the second light receiving position 311B
  • FIG. 3C shows the photographing angle information as 45 degrees and the light receiving position information as the third image.
  • FIG. 3D is a diagram illustrating a split projection image (ie, corresponding to C2 in Table 1) at the light receiving position 311C
  • FIG. 3D is a split projection in which the photographing angle information is 45 degrees and the light receiving position information is the fourth light receiving position 311D.
  • the main body 10 includes a projection image classification unit 40, a projection image synthesis unit 50, and an image reconstruction unit 60.
  • the projected image classification unit 40 classifies each of the divided projection images stored in the storage unit into related image sets according to the photographing angle information.
  • the divided projection image A1 having the photographing angle information of 0 degrees among the divided projection images A1 to A8 having the light receiving position information 311A is the first light receiving position 311A.
  • the divided projection image B1 of which the photographing angle information is 0 degrees among the divided projection images B1 to B8 whose light receiving position information is the second light receiving position 311B, and the light receiving position information is the third light receiving position 311C.
  • the divided projection image D1 having 0 degrees is classified as the first related image set.
  • the divided projection images A2, B2, C2 and D2 having the photographing angle information at 45 degrees are classified into a second related image set, and the divided projection images A3, B3, C3 and D3 having the photographing angle information at 90 degrees.
  • the divided projection images A4, B4, C4, and D4 having 135 degrees of photographing angle information are classified into a fourth set of related images, and divided projection images having 180 degrees of photographing angle information ( A5, B5, C5, and D5) are classified into a fifth related image set, and segmented projection images A6, B6, C6, and D6 having 225 degrees of shot angle information are classified into a sixth related image set, and shot angle information.
  • Split projection images A7, B7, C7, and D7 having a width of 270 degrees are classified into a seventh set of related images, and split projection images A8, B8, C8, and D8 having a shooting angle information of 315 degrees are classified into an eighth related image.
  • the projection images are classified into related image sets for each column of Table 1.
  • the projection image classifying unit 40 classifies the divided projection images according to the photographing angle information.
  • the projection image synthesis unit 50 generates n composite projection images based on the light receiving position information of the m divided projection images in the n related image sets. Synthesizing the m divided projection images in one related image set into one synthesized projection image is to remove discontinuities due to contrast differences of the divided projection images.
  • the order of the first, second, third, and fourth light receiving positions 311A, 311B, 311C, and 311D or the first related image set A1, B1, C1, and D1 may be determined according to the light receiving position information.
  • One synthetic projection image may be obtained by synthesizing in reverse order.
  • a multi-band blending algorithm generally used when synthesizing the images may be used.
  • the multiband blending algorithm is known from Burt and Adelson's "A Multiresolution Spline With Application to Image Mosaics" published in ACM Transactions on Graphics in October 1983.
  • the multi-band blending algorithm is used, the high frequency region of the overlapped portion of the divided projection images is relatively narrow and the low frequency region is relatively wide, so that the detail components of the projected image are effectively synthesized. It will be appreciated that the present invention is not limited to multiband blending algorithms, and similar synthesis algorithms are applicable to the present invention.
  • the composite projection image generated by using the divided projection images in the specific related image set has the photographing angle information and the light receiving position information of the corresponding divided projection image.
  • FIG. 5 illustrates an image in which the divided projection images of FIGS. 3A to 3D are synthesized into one synthetic projection image.
  • the image reconstruction unit 60 obtains a 3D reconstructed image by reconstructing the n composite projection images. Synthetic projection images may be reconstructed into three-dimensional images using a filter back projection algorithm such as an FDK (Feldkamp, Davis and Kress) algorithm or an iterative reconstruction algorithm used for three-dimensional image reconstruction.
  • a filter back projection algorithm such as an FDK (Feldkamp, Davis and Kress) algorithm or an iterative reconstruction algorithm used for three-dimensional image reconstruction.
  • FIGS. 6A to 6E a process of acquiring a 3D reconstructed image by reconstructing the synthesis projection images by using the iterative reconstruction algorithm will be described.
  • the composite projection image is composed of divided projection images, and each of the divided projection images is composed of a plurality of pixels.
  • a back projection of one specific pixel in each divided projection image of the composite projection image is illustrated.
  • FIG. 6B shows one specific segmented projection image D2 in the composite projection image, that is, one segmented image in the divided projection image D2 obtained corresponding to the photographing angle of 45 degrees and the fourth light receiving position 311D.
  • FIG. 6C illustrates a case in which the pixel is back projected
  • FIG. 6C illustrates a split projection image C2 in the composite projection image, that is, a split projection image C2 obtained corresponding to a 45 degree photographing angle and the third light receiving position 311C.
  • FIG. 6D shows a case in which one specific pixel in the back projection is back projected
  • FIG. 6D shows a split projection image B2 in a composite projection image, that is, a split projection obtained corresponding to a 45 degree photographing angle and a second light receiving position 311B.
  • FIG. 6E illustrates a case in which one particular pixel in the image B2 is back projected, and FIG. 6E corresponds to a split projection image A2 in the composite projection image, that is, a photographing angle of 45 degrees and a first light receiving position 311A.
  • One particular pixel in the projected image than the obtained partition (A2) shows a case that the back-projection.
  • each of the divided projection images A2, B2, C2, and D2 in the composite projection image 100 has corresponding photographing angle information ⁇ and light receiving position information 130.
  • the reconstruction area 140 including the plurality of voxels 150 corresponding to the entire photographing areas FA, FB, FC and FD is set in the reconstruction space.
  • the virtual X-rays are used in coordinates in the reconstruction space corresponding to the position of the X-ray source 321 using the photographing angle information ⁇ of each of the divided projection images A2, B2, C2, and D2 in the composite projection image 100.
  • the source 321A is set.
  • a virtual X-ray image connecting a spatial coordinate position of each pixel of the segmented projection image D2 in the composite projection image 100 with a spatial coordinate position of the virtual X-ray source 321A.
  • the data value 7 of each pixel is inserted into each voxel 150 existing at.
  • the virtual X-ray image connects the spatial coordinate position of each pixel of the segmented projection image C2 in the composite projection image 100 with the spatial coordinate position of the virtual X-ray source 321A.
  • the data value 5 of each pixel is inserted into each voxel 150 existing at.
  • the virtual X-ray image connects the spatial coordinate position of each pixel of the segmented projection image B2 in the composite projection image 100 with the spatial coordinate position of the virtual X-ray source 321A.
  • the data value 3 of each pixel is inserted into each voxel 150 existing at.
  • the virtual X-ray image connecting the spatial coordinate position of each pixel of the segmented projection image A2 in the composite projection image 100 with the spatial coordinate position of the virtual X-ray source 321A.
  • the data value 2 of each pixel is inserted into each voxel 150 existing at.
  • 6B to 6E are performed on all the synthetic projection images 100 to generate a 3D reconstructed image.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a cross section of a 3D reconstructed image obtained by reconstructing the composite projection images of FIG. 5.
  • the divided projection images may not be obtained at the correct photographing angle, which may cause a problem in the reconstructed image.
  • the present specification proposes a method for correcting an error in a reconstructed image generated due to an error in a photographing angle.
  • the X-ray image processing apparatus for reconstructing the projection image obtained by using the small X-ray detector according to the present invention stores a weight for correcting the error ( ⁇ ) for each photographing angle of the X-ray image processing apparatus previously measured.
  • the error angle ⁇ is an error that occurs because the divided projection images are not obtained at a desired shooting angle.
  • the target projection images and the calibration object may be obtained for each calibration angle with respect to the calibration object. Obtained by comparison with actual acquired projection images for each angle. Extract the closest reference projection image by comparing the projection image actually obtained at a specific shooting angle with reference projection images at the specific shooting angle and a plurality of preset peripheral shooting angles adjacent thereto, and extracting the closest reference projection image.
  • the controller 70 obtains a difference between the photographing angle of the photographed object and the specific photographing angle of the actually obtained projection image as the photographing angle error ( ⁇ ) of the X-ray image processing apparatus, and calculates a weight for correcting the photographing angle error ( ⁇ ). Store in an internal storage (not shown). Next, a more precise reconstructed image is generated by correcting the projection image by using the weighted value according to the error ⁇ for each photographing angle.
  • the error ⁇ for each photographing angle is assumed to appear the same in every X-ray imaging.
  • Table 2 illustrates weights for correcting an error ⁇ for each photographing angle of the X-ray image processing apparatus.
  • the image reconstruction unit 60 of the X-ray image processing apparatus obtains a 3D reconstructed image by reconstructing the composite projection images, but reconstructs it by considering error information for each photographing angle. This will be described with reference to FIGS. 8A to 8E.
  • FIG. 8B shows a segmented projection image D2 in the composite projection image 100, that is, a segmented projection image D2 obtained corresponding to the photographing angle of 45 degrees and the fourth light receiving position 311D.
  • FIG. 8C illustrates a case in which one specific pixel is back-projected in consideration of a corresponding weight (0 degrees)
  • FIG. 8C illustrates a segmented projection image C2 in the composite projection image 100, that is, a photographing angle of 45 degrees and a third angle.
  • FIG. 8D illustrates a case in which one specific pixel in the divided projection image C2 obtained corresponding to the light receiving position 311C is back-projected in consideration of a weight (0 degree)
  • 8D illustrates a segmentation in the composite projection image 100.
  • one specific pixel in the projection image B2 i.e., the 45-degree photographing angle and the second projection position 311B obtained in the divided projection image B2 is back-projected in consideration of the weight (1 degree)
  • 8e shows a composite program.
  • One particular pixel in the divided projection image A2 in the projection image 100 that is, the divided projection image A2 obtained corresponding to the photographing angle of 45 degrees and the first light receiving position 311A, is weighted (0 degrees). Considering the case of back projection is shown.
  • each of the divided projection images A2, B2, C2, and D2 in the composite projection image 100 has corresponding photographing angle information ⁇ and light receiving position information 130.
  • the reconstruction area 140 including the plurality of voxels 150 corresponding to the entire photographing areas FA, FB, FC and FD is set in the reconstruction space.
  • the virtual X-ray source is located at a coordinate in the reconstruction space corresponding to the position of the X-ray source 321 using the photographing angle information ⁇ of each projection image A2, B2, C2, and D2 in the composite projection image 100. 321A is set.
  • the coordinate position in space of the virtual X-ray source 321A is corrected in consideration of the weight (0 degrees) of the divided projection image D2 in the composite projection image 100 (in this case) , Since the weight is 0 degrees, the coordinate position of the X-ray source 321A is substantially not corrected), and the coordinate position and spatial correction of each pixel of the segmented projection image D2 in the composite projection image 100 are virtually corrected.
  • the data value 7 of each pixel is inserted into each voxel 150 existing on a virtual X-ray connecting the spatial coordinate positions of the X-ray source 321A.
  • the coordinate position in space of the virtual X-ray source 321A is corrected in consideration of the weight (0 degrees) of the segmented projection image C2 in the composite projection image 100 (in this case) , Since the weight is 0 degrees, the coordinate position of the X-ray source 321A is substantially not corrected), and the coordinate position and spatial correction of each pixel of the segmented projection image C2 in the composite projection image 100 are virtually corrected.
  • the data value 5 of each pixel is inserted into each voxel 150 existing on the virtual X-rays connecting the spatial coordinate positions of the X-ray source 321A.
  • the coordinate position in space of the virtual X-ray source 321A is corrected in consideration of the weight (1 degree) of the divided projection image D2 in the composite projection image 100 (321B).
  • the coordinate position in space of the virtual X-ray source 321A is shifted by 1 degree.
  • the data value 3 of each pixel is inserted into each voxel 150 existing on the virtual X-rays connecting the coordinate positions in space of 321B.
  • the spatial coordinate position of the virtual X-ray source 321A is corrected in consideration of the weight (0 degrees) of the divided projection image A2 in the composite projection image 100 (in this case) , Since the weight is 0 degrees, the coordinate position of the X-ray source 321A is substantially not corrected), and the coordinate position and spatial correction of each pixel of the segmented projection image A2 in the composite projection image 100 are virtually corrected.
  • the data value 2 of each pixel is inserted into each voxel 150 existing on the virtual X-rays connecting the spatial coordinate positions of the X-ray source 321A.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an X-ray imaging method using a small X-ray detector according to the present invention.
  • X-ray imaging method using a small X-ray detector first, by rotating the X-ray detector in the width direction intersecting the rotation axis while rotating the X-ray source and the X-ray detector with respect to the rotation axis between the X-ray source and the X-ray detector Based on n, m (n is an integer of 1 or more) preset m divided projection images for each photographing angle (m is an integer of 2 or more) are acquired (S510).
  • the X-ray source and the X-ray detector may rotate m * 360 degrees, thereby obtaining m projection images of m angles (m is an integer of 2 or more).
  • the composite projection image for each shooting angle is generated from the m divided projection images for each shooting angle (S520).
  • the synthesized projection image is reconstructed to generate a reconstructed image (S530).
  • m divided projection images for each photographing angle before reconstruction of the composite projection image may be corrected with the same photographing angle with respect to the rotation axis.
  • a plurality of reference projection images are obtained for each shooting angle at n preset shooting angles and a plurality of shooting angles adjacent to each other, to obtain m projection images closest to each of the shooting angles, and to shoot each shooting angle.
  • the photographing angles of the m projection images for each photographing angle may be corrected according to the photographing angle of the closest projection image, and the m segmented projection images for the photographing angles may be corrected with the same photographing angle with respect to the rotation axis.
  • the correction of the photographing angle for each photographing angle is omitted since it has been described in detail above.
  • the widthwise movement of the X-ray detector 311 is described step by step with respect to the rotation of the rotary arm 30 based on the rotational axis 25C.
  • the X-ray detector 311 is described as moving from the inside of the imaging area to the outside, but vice versa.
  • the rotational speed of the rotary arm 30 and the X-ray detector 311 in the width direction moving speed may be constantly linked to each other, and may be in a proportional relationship.
  • the X-ray image processing method for reconstructing the projection image obtained by using the small X-ray detector as described above may be implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means may be recorded on a computer readable medium.
  • the computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.
  • Program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the present invention, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts.
  • Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks.
  • Magneto-optical media and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like.
  • the medium may be a transmission medium such as an optical or metal wire, a waveguide, or the like including a carrier wave for transmitting a signal specifying a program command, a data structure, or the like.
  • Examples of program instructions include machine code, such as produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using a decoder or the like.
  • the hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.
  • the present invention is shown in Figs. 2A to 2D to obtain segmented projection images using a circular trajectory
  • the present invention is not only a circular trajectory but also a segmented projection image using an elliptical (Spiral) trajectory. Can be obtained.

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Abstract

본 발명은 소형 엑스선 디텍터를 이용하는 엑스선 영상 처리 장치 및 엑스선 영상 처리 방법에 관한 것으로, 엑스선 영상 장치의 촬영 영역(FOV : Field Of View)의 폭보다 작은 구체적으로 50% 미만의 폭을 가지는 프로젝션 영상들을 3차원 영상으로 재구성하는 엑스선 영상 처리 장치 및 방법을 제공하고자 한다. 이를 위하여 본 발명의 장치는, 엑스선 소스와 엑스선 디텍터가 회전축을 중심으로 대향 회전하면서, 사전 설정된 n개(n은 1 이상의 정수)의 촬영 각도마다, m개(m은 2 이상의 정수)의 서로 연속하는 분할 프로젝션 영상들을 획득하도록 제어하는 제어부, 각 촬영 각도에 대응하여 획득된 m개의 분할 프로젝션 영상들을 합성하여 합성 프로젝션 영상을 생성하는 프로젝션 영상 합성부 및 합성 프로젝션 영상을 재구성하여 재구성 영상을 생성하는 영상 재구성부를 포함한다.

Description

소형 엑스선 디텍터를 이용하여 획득된 프로젝션 영상을 재구성하는 엑스선 영상 처리 장치 및 방법
본 발명은 프로젝션 영상으로 촬영 영역을 재구성하는 엑스선 영상 처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소형 엑스선 디텍터로 획득되는 촬영 영역(FOV : Field Of View)의 폭 1/2 미만의 소형 프로젝션 영상으로 촬영 영역 전체의 3차원 영상을 재구성하는 엑스선 영상 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 엑스선 영상 처리 장치는 엑스선 소스, 엑스선 디텍터를 구비하는데, 그 중 CT 영상은 상대적으로 고가인 대면적 엑스선 디텍터가 필요하다.
이에, 제조사들은 엑스선 영상 처리 장치의 생산 비용을 절감하기 위해 그리고 사용자들은 엑스선 영상 처리 장치의 유지 비용을 절감하기 위해, 상대적으로 작은 크기의 엑스선 디텍터를 이용하는 엑스선 영상 처리 장치를 요구하며, 그 결과 제조사들은 상대적으로 소형의 디텍터, 일례로 회전축과 교차하는 폭 방향의 길이가 촬영 영역(FOV)의 폭 1/2 이상인 하프-빔 디텍터(Half-Beam Detector)로 촬영 영역을 재구성하는 엑스선 영상 처리 장치를 생산한다.
그러나, 여전히 하프-빔 디텍터의 폭은 큰 편이므로, 엑스선 영상 처리 장치의 생산 비용을 획기적으로 줄이기 쉽지 않다. 또한, 엑스선 디텍터의 폭이 줄어들면 엑스선 영상 처리 장치의 촬영 영역 또한 대응하여 줄어들게 되어 피검체의 충분한 관심 영역을 확보하지 못할 가능성이 증가하게 된다. 따라서, 엑스선 디텍터의 폭을 하프-빔 디텍터(Half-Beam Detector) 보다 더 줄이는 것은 쉽지 않다.
따라서, 본 발명은 종래의 엑스선 디텍터의 폭보다 작은, 구체적으로 촬영영역의 폭 50% 미만의 폭을 가지는 소형 엑스선 디텍터를 이용하여 다방향의 프로젝션 영상을 획득하고, 획득된 프로젝션 영상으로 촬영영역 전체의 3차원 영상을 재구성하는 엑스선 영상 처리 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 상대적으로 작은 폭의 소형 엑스선 디텍터를 이용하면서도, 대형 폭, 구체적으로 엑스선 디텍터의 폭 50% 초과의 폭을 가지는 대형 촬영 영역에 대한 3차원 영상을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, (a) 엑스선 소스와 엑스선 디텍터 사이의 회전축을 중심으로 상기 엑스선 소스와 엑스선 디텍터를 대향 회전시키면서 상기 엑스선 디텍터를 상기 회전축과 교차하는 폭 방향으로 이동시켜 상기 회전축을 중심으로 사전 설정된 n개(n은 1 이상의 정수)의 촬영 각도 별 m개(m은 2 이상의 정수)의 분할 프로젝션 영상들을 획득하는 단계; (b) 상기 촬영 각도 별 상기 m개의 분할 프로젝션 영상으로 상기 촬영 각도 별 합성 프로젝션 영상을 생성하는 단계; 및 (c) 상기 합성 프로젝션 영상을 재구성하여 재구성 영상을 생성하는 단계를 포함하는 엑스선 영상 처리 방법을 제공한다.
이때, 상기 (a) 단계에서, 상기 엑스선 소스와 상기 엑스선 디텍터는 m*360도 회전하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 (a) 단계 후 상기 (c) 단계 전, 상기 촬영 각도 별 상기 m개의 분할 프로젝션 영상을 상기 회전축에 대해 동일한 촬영 각도로 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히 상기 (a) 단계 후 상기 (c) 단계 전, 상기 사전 설정된 n개의 촬영 각도 및 각각에 인접한 복수의 촬영 각도에서 촬영 각도 별 복수의 기준 프로젝션 영상을 얻는 단계; 상기 촬영 각도 별로 상기 m개의 프로젝션 영상과 가장 근접한 프로젝션 영상을 얻는 단계; 상기 촬영 각도 별 상기 가장 근접한 프로젝션 영상의 촬영 각도에 따라 상기 촬영 각도 별 상기 m개의 프로젝션 영상의 촬영 각도를 보정하여, 상기 촬영 각도 별 상기 m개의 분할 프로젝션 영상을 상기 회전축에 대해 동일한 촬영 각도로 보정하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은 엑스선 소스와 엑스선 디텍터 사이의 회전축을 중심으로 상기 엑스선 소스와 엑스선 디텍터를 회전시키면서 상기 엑스선 디텍터를 상기 회전축과 교차하는 폭 방향으로 이동시켜 상기 회전축을 중심으로 사전 설정된 n개(n은 1 이상의 정수)의 촬영 각도 별 m개(m은 2 이상의 정수)의 분할 프로젝션 영상들을 획득하는 분할 프로젝션 영상 획득부; 상기 촬영 각도 별 상기 m개의 분할 프로젝션 영상으로 상기 촬영 각도 별 합성 프로젝션 영상을 생성하는 프로젝션 영상 합성부; 및 상기 합성 프로젝션 영상을 재구성하여 재구성 영상을 생성하는 영상 재구성부를 포함하는 엑스선 영상 처리 장치를 제공한다.
이때, 상기 분할 프로젝션 영상 획득부는, 상기 엑스선 소스와 상기 엑스선 디텍터를 m*360도 회전시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 영상 재구성부는, 상기 촬영 각도 별 상기 m개의 분할 프로젝션 영상을 상기 회전축에 대해 동일한 촬영 각도로 보정하여 상기 재구성 영상을 생성하는 것을 특징으로 한다.
특히 상기 영상 재구성부는, 상기 사전 설정된 n개의 촬영 각도 및 각각에 인접한 복수의 촬영 각도에서 촬영 각도 별 복수의 기준 프로젝션 영상을 얻고, 상기 촬영 각도 별로 상기 m개의 프로젝션 영상과 가장 근접한 프로젝션 영상을 얻어, 상기 촬영 각도 별 상기 가장 근접한 프로젝션 영상의 촬영 각도에 따라 상기 촬영 각도 별 상기 m개의 프로젝션 영상의 촬영 각도를 보정하여 상기 촬영 각도 별 상기 m개의 분할 프로젝션 영상을 상기 회전축에 대해 동일한 촬영 각도로 보정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 종래의 엑스선 디텍터의 폭보다 작은, 구체적으로 촬영영역의 폭 50% 미만의 폭을 가지는 소형 엑스선 디텍터를 이용하여 다방향의 프로젝션 영상을 획득하고, 획득된 프로젝션 영상으로 촬영 영역 전체의 3차원 영상을 재구성하는 엑스선 영상 처리 장치를 제공한다.
본 발명은 종래의 엑스선 디텍터의 폭 보다 작은, 구체적으로 촬영영역의 폭 50% 미만의 폭을 가지는 소형 엑스선 디텍터를 이용하므로 생산 비용이 절감된다.
또한, 본 발명은 상대적으로 작은 폭의 소형 엑스선 디텍터를 이용하면서도, 대형 폭, 구체적으로 엑스선 디텍터의 폭 50% 초과의 폭을 가지는 대형 촬영 영역에 대한 3차원 영상을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 엑스선 영상 처리 장치를 도시한 도면;
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 엑스선 영상 처리 장치의 엑스선 디텍터부, 엑스선 발생부 및 제어부를 도시한 도면;
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시 예에 따라 획득된 프로젝션 영상들을 예시한 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 엑스선 영상 처리 장치의 본체를 도시한 도면;
도 5는 도 3a 내지 3d의 프로젝션 영상을 합성한 합성 프로젝션 영상을 도시한 도면;
도 6a 내지 6e는 합성된 프로젝션 영상을 재구성하는 과정을 도시한 도면;
도 7은 재구성 영상의 한 단면을 도시한 도면;
도 8a 내지 8e는 오차 정보를 고려하여 합성된 프로젝션 영상을 재구성하는 과정을 도시한 도면; 및
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 엑스선 영상 처리 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.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 소형 엑스선 디텍터를 이용하여 획득된 프로젝션 영상을 재구성하는 엑스선 영상 처리 장치(이하에서 "엑스선 영상 처리 장치"라고 함)를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 엑스선 영상 처리 장치는 본체(10), 본체(10)의 일 측에 연결되는 지지부(20), 지지부(20)의 일 측에 연결되는 회전암(30), 회전축(25C)을 중심으로 회전암(30)의 한쪽에 배치되는 엑스선 디텍터부(31) 및 회전축(25C)을 중심으로 엑스선 디텍터부(31)의 반대편인 회전암(30)의 다른 한쪽에 배치되는 엑스선 발생부(32)를 포함한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 엑스선 영상 처리 장치는 회전암(30)과 지지부(20) 사이에 구비되는 회전 구동 장치(25)를 포함하며, 회전암(30)을 회전축(25C)을 중심으로 회전시키며, 그에 의해 엑스선 디텍터부(31) 및 엑스선 발생부(32)가 회전축(25C)을 중심으로 회전하게 된다.
도 2a 내지 2d는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 엑스선 영상 처리 장치의 엑스선 디텍터부(31), 엑스선 발생부(32) 및 제어부(70)를 도시한 도면이다.
도 2a 내지 2d에 도시된 바와 같이, 촬영 영역을 동일 반지름의 복수의 동심원으로 구분할 때, 엑스선 디텍터부(31)는 동심원의 각 촬영 영역(FOV : Field Of View)(FA, FB, FC 및 FD)에 대응하는 폭을 가지고 엑스선을 수광하는 엑스선 디텍터(311), 회전축(25C)의 회전 방향의 접선 방향(즉, 엑스선 디텍터(311)의 폭 방향)으로 엑스선 디텍터(311)를 이동시키는 엑스선 디텍터 구동부(312)를 포함하며, 엑스선 디텍터 구동부(312)는 동력을 발생시키는 모터(315), 동력을 전달하는 구동축(314) 및 엑스선 디텍터(311)와 구동축(314)을 연결하는 연결부(313)를 포함할 수 있다. 참고로, 본 명세서에서 엑스선 디텍터(311)의 길이방향은 회전축(25C)과 평행한 방향을 지칭하고, 엑스선 디텍터(311)의 폭 방향은 회전축(25C)과 교차하는 방향, 일례로 회전축(25C)에 수직인 방향을 지칭한다.
도 2a 내지 2d에 도시된 바와 같이, 엑스선 발생부(32)는 엑스선을 조사할 수 있는 엑스선 소스(321), 엑스선 디텍터(311)의 폭과 위치에 따라 엑스선 소스(321)에 의해 조사되는 엑스선의 폭과 조사 방향을 조절하는 콜리메이터(322)를 포함하며, 콜리메이터(322)는 엑스선을 흡수하는 물질, 예를 들어 납(Pb)과 같은 물질로 이루어진 콜리메이터 윈도우 또는 콜리메이터 블레이드(323) 등을 포함할 수 있다. 또한, 콜리메이터(322)는 적어도 하나의 콜리메이터 윈도우 또는 콜리메이터 블레이드(323)를 이동시킬 수 있는 동력을 발생시키는 모터(324), 그 동력을 전달하는 구동축(325) 및 콜리메이터 윈도우 또는 콜리메이터 블레이드(323)의 일부와 구동축(325)를 연결하는 연결부(326)를 포함할 수 있다.
도 2a 내지 2d에 도시된 바와 같이, 제어부(70)는 회전 구동 장치(25)를 제어하여 회전암(30)을 회전시킴으로써 그 양쪽의 엑스선 디텍터(31)와 엑스선 발생부(32)를 대향 회전시키는 한편 엑스선 디텍터부(31) 및 엑스선 발생부(32)와 연결되어 엑스선 디텍터부(31)의 모터(315) 및 엑스선 발생부(32)의 모터(324)를 제어함으로써 엑스선 디텍터(311) 및 엑스선 소스(321)의 구동을 각각 제어할 수 있다.
그러므로 상술한 설명을 종합할 때, 제어부(70)는 엑스선 소스(321)가 엑스선 디텍터(311)가 위치한 곳으로 엑스선 디텍터(311)의 폭만큼의 엑스선을 조사하도록 제어할 수 있음을 알 것이다.
도 2a 내지 2d에 도시된 바와 같이, 회전축(25C)을 중심으로 한 동심원들은 엑스선 디텍터(311)의 서로 연속하는 수광 위치들(311A, 311B, 311C 및 311D)에 각각 대응하는 촬영 영역들(FA, FB, FC 및 FD)을 나타낸다.
상기와 같은 엑스선 영상 처리 장치는 엑스선 디텍터(311)의 폭 방향으로의 이동, 및 엑스선 디텍터(311)와 엑스선 소스(321)의 회전축(25C)을 중심으로 한 대향 회전을 통해 다방향의 분할 프로젝션 영상을 획득하는 분할 프로젝션 영상 획득부를 구비한다.
이러한, 다방향의 분할 프로젝션 영상의 획득 방법을 도 2a 및 도 2d를 예를 들어 설명하도록 하겠다.
다방향의 분할 프로젝션 영상은 다음의 설명과 같이 획득된다. 먼저, 동심원의 m(m은 2 이상의 자연수)개의 촬영 영역들로 이루어진 전체 촬영 영역의 각 촬영 영역마다 대응하고 서로 연속하는 m개의 수광 위치들 중 초기 수광 위치에 엑스선 디텍터(311)를 배치하고 회전암(30)을 회전시켜 회전축(25C)을 지나는 기준축(25D)을 따라 엑스선 디텍터(311) 및 엑스선 소스(321)를 정렬한다. 그 다음, 회전암(30)을 회전시켜 엑스선 디텍터(311) 및 엑스선 소스(321)를 회전축(25C)을 중심으로 360도 대향 회전시킨다. 회전암(30)이 360도 회전하는 동안, 회전축(25C)을 기준으로 n(n은 1 이상의 자연수)개의 사전 설정된 촬영 각도(θ)마다 엑스선 소스(321)가 엑스선 디텍터(311)에 엑스선을 조사함으로써, 엑스선 디텍터(311)가 다방향의 분할 프로젝션 영상을 n개 획득한다.
그 다음, 엑스선 디텍터(311)의 폭 방향으로 엑스선 디텍터(311)의 폭(ω)만큼 이동시켜 그 다음 촬영 영역에 대응하는 수광 위치에 배치한다. 그 다음, 회전암(30)을 회전시켜 엑스선 디텍터(311) 및 엑스선 소스(321)를 회전축(25C)을 중심으로 360도 대향 회전시킨다. 회전암(30)이 360도 회전하는 동안, 회전축(25C)을 기준으로 n(n은 1 이상의 자연수)개의 사전 설정된 촬영 각도(θ)마다 엑스선 소스(321)가 엑스선 디텍터(311)에 엑스선을 조사함으로써, 엑스선 디텍터(311)가 다방향의 분할 프로젝션 영상을 n개 획득한다.
상기와 같은 방식으로 엑스선 디텍터(311)를 엑스선 디텍터(311)의 폭 방향으로 이동시켜 m개의 수광 위치에 배치한 상태로 360도 대향 회전하면서, 총 m × n개의 분할 프로젝션 영상을 획득한다.
이를 상술한 설명 및 도 2a 및 도 2d를 참고하여, m이 4로 설정되고, n이 8로 설정된 분할 프로젝션 영상 획득 방법을 예를 들면 이하의 설명과 같다.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 엑스선 디텍터(311)를 실선으로 표시된 제1 수광 위치(311A)에 이동시킨다. 그 다음, 회전암(30)은 엑스선 디텍터(311) 및 엑스선 소스(321)를 회전축(25C)을 중심으로 360도 대향 회전시킨다. 회전암(30)이 360도 회전하는 동안, 회전축(25C)을 기준으로 8개의 사전 설정된 촬영 각도(θ)마다 엑스선 소스(321)가 엑스선 디텍터(311)에 엑스선을 조사함으로써, 엑스선 디텍터(311)가 제1 촬영 영역(FA)에 대응하는 다방향의 분할 프로젝션 영상을 8개 획득한다.
그 다음, 도 2b에 도시된 바와 같이, 엑스선 디텍터(311)를 엑스선 디텍터(311)의 폭 방향으로 제1 수광 위치(311A)에서 제2 수광 위치(311B)로 엑스선 디텍터(311)의 폭(ω)만큼 이동시킨다. 그 다음, 회전암(30)은 엑스선 디텍터(311) 및 엑스선 소스(321)를 회전축(25C)을 중심으로 360도 대향 회전시킨다. 회전암(30)이 360도 회전하는 동안, 회전축(25C)을 기준으로 8개의 사전 설정된 촬영 각도(θ)마다 엑스선 소스(321)가 엑스선 디텍터(311)에 엑스선을 조사함으로써, 엑스선 디텍터(311)가 제2 촬영 영역(FB)에 대응하는 다방향의 분할 프로젝션 영상을 8개 획득한다.
그 다음, 도 2c에 도시된 바와 같이, 엑스선 디텍터(311)를 엑스선 디텍터(311)의 폭 방향으로 제2 수광 위치(311B)에서 제3 수광 위치(311C)로 엑스선 디텍터(311)의 폭(ω)만큼 이동시킨다. 그 다음, 회전암(30)은 엑스선 디텍터(311) 및 엑스선 소스(321)를 회전축(25C)을 중심으로 360도 대향 회전시킨다. 회전암(30)이 360도 회전하는 동안, 회전축(25C)을 기준으로 8개의 사전 설정된 촬영 각도(θ)마다 엑스선 소스(321)가 엑스선 디텍터(311)에 엑스선을 조사함으로써, 엑스선 디텍터(311)가 제3 촬영 영역(FC)에 대응하는 다방향의 분할 프로젝션 영상을 8개 획득한다.
그 다음, 도 2d에 도시된 바와 같이, 엑스선 디텍터(311)를 엑스선 디텍터(311)의 폭 방향으로 제3 수광 위치(311C)에서 제4 수광 위치(311D)로 엑스선 디텍터(311)의 폭(ω)만큼 이동시킨다. 그 다음, 회전암(30)은 엑스선 디텍터(311) 및 엑스선 소스(321)를 회전축(25C)을 중심으로 360도 대향 회전시킨다. 회전암(30)이 360도 회전하는 동안, 회전축(25D)을 기준으로 8개의 사전 설정된 촬영 각도(θ)마다 엑스선 소스(321)가 엑스선 디텍터(311)에 엑스선을 조사함으로써, 엑스선 디텍터(311)가 제4 촬영 영역(FD)에 대응하는 다방향의 분할 프로젝션 영상을 8개 획득한다.
도 2a 내지 도 2d로부터 알 수 있듯이, 예시적인 분할 프로젝션 영상은 하프 빔으로 피검체를 촬영한 프로젝션 영상(이하에서 "하프 빔 영상"이라고 함)의 1/4 크기에 해당한다. 그러나 분할 프로젝션 영상의 하프 빔 영상에 대한 상대적인 크기는 이에 국한되는 것이 아니라, 엑스선 디텍터(311)가 엑스선 디텍터(311)의 폭 방향으로 이동한 횟수에 따라 가변될 수 있음을 알아야 한다. 예를 들어, 엑스선 디텍터(311)가 도 2a 내지 도 2d를 통해 제시된 예와 달리, 구동축(314) 방향으로 3회가 아닌 1회 이동하여 2개의 수광 위치에서 다방향의 분할 프로젝션 영상을 획득할 경우, 분할 프로젝션 영상의 크기는 하프 빔 영상의 1/2 크기에 해당할 것이다. 물론 이와 같은 경우, 전체 촬영 영역의 크기는 도 2a 내지 도 2d를 통해 제시된 예와 비교하여, 절반으로 줄어들 것이다.
한편, 사전 설정된 촬영 각도(θ)는 전체 촬영 영역(FA, FB, FC 및 FD)을 3차원 영상으로 재구성하는데 필요한 다방향의 분할 프로젝션 영상들을 획득하기 위해 엑스선 디텍터(311) 및 엑스선 소스(321)가 대향 회전한 각도들이다. 예를 들어, 3차원 영상으로 재구성하는데 필요한 다방향의 분할 프로젝션 영상들이 회전축(25C)을 기준으로 45도마다 회전하여 획득되어야 할 때, 사전 설정된 촬영 각도는 회전축(25C)을 기준으로 0, 45, 90, 135, 180, 225, 270 및 315도일 수 있다.
예를 들어, 각 수광 위치(311A, 311B, 311C 및 311D)마다 회전축(25C)을 기준으로 45도씩 회전하며 엑스선 소스(321)가 엑스선을 조사하여 다방향의 분할 프로젝션 영상들을 획득하면, 총 32장의 분할 프로젝션 영상들(A1 내지 A8, B1 내지 B8, C1 내지 C8 및 D1 내지 D8)이 획득되며, 이들은 아래의 표 1과 같다.
촬영 각도(θ)
수광위치 0도 45도 90도 135도 180도 225도 270도 315도
311A A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8
311B B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8
311C C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8
311D D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8
표 1을 통해 알 수 있는 바와 같이, 획득된 다방향의 분할 프로젝션 영상들은 각 다방향의 분할 프로젝션 영상마다 획득시 촬영 각도 정보 및 수광 위치 정보와 함께, 제어부(70)의 명령에 따라 내부의 저장부(도시되지 않음)에 기억된다. 예컨대, 분할 프로젝션 영상(C2)의 경우, 촬영 각도 정보는 45도이며, 수광 위치 정보는 제3 수광 위치(311C)이다.
도 3a 내지 3d는 본 발명의 일 실시 예에 따라 획득된 다방향의 분할 프로젝션 영상들을 예시한 도면이다.
도 3a는 촬영 각도 정보가 45도 및 수광 위치 정보가 제1 수광 위치(311A)인 분할 프로젝션 영상(즉, 표 1에서, A2에 대응함)을 예시한 도면이고, 도 3b는 촬영 각도 정보가 45도 및 수광 위치 정보가 제2 수광 위치(311B)인 분할 프로젝션 영상(즉, 표 1에서, B2에 대응함)을 예시한 도면이고, 도 3c는 촬영 각도 정보가 45도 및 수광 위치 정보가 제3 수광 위치(311C)인 분할 프로젝션 영상(즉, 표 1에서, C2에 대응함)을 예시한 도면이고, 도 3d는 촬영 각도 정보가 45도 및 수광 위치 정보가 제4 수광 위치(311D)인 분할 프로젝션 영상(즉, 표 1에서, D2에 대응함)을 예시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본체(10)는, 프로젝션 영상 분류부(40), 프로젝션 영상 합성부(50) 및 영상 재구성부(60)를 포함한다.
프로젝션 영상 분류부(40)는, 저장부에 기억되어 있는 각 분할 프로젝션 영상들을 촬영 각도 정보에 따라 관련 영상 집합으로 분류한다.
상기 표 1에 나타난 다방향의 분할 프로젝션 영상들을 예로 들어 설명하면, 수광 위치 정보가 제1 수광 위치(311A)인 분할 프로젝션 영상들(A1 내지 A8) 중 촬영 각도 정보가 0도인 분할 프로젝션 영상(A1)과, 수광 위치 정보가 제2 수광 위치(311B)인 분할 프로젝션 영상들(B1 내지 B8) 중 촬영 각도 정보가 0도인 분할 프로젝션 영상(B1)과, 수광 위치 정보가 제3 수광 위치(311C)인 분할 프로젝션 영상들(C1 내지 C8) 중 촬영 각도 정보가 0도인 분할 프로젝션 영상(C1)과, 수광 위치 정보가 제4 수광 위치(311D)인 분할 프로젝션 영상들(D1 내지 D8) 중 촬영 각도 정보가 0도인 분할 프로젝션 영상(D1)이 제1 관련 영상 집합으로 분류된다. 마찬가지로, 촬영 각도 정보가 45도인 분할 프로젝션 영상들(A2, B2, C2 및 D2)은 제2 관련 영상 집합으로 분류되고, 촬영 각도 정보가 90도인 분할 프로젝션 영상들(A3, B3, C3 및 D3)은 제3 관련 영상 집합으로 분류되고, 촬영 각도 정보가 135도인 분할 프로젝션 영상들(A4, B4, C4 및 D4)은 제4 관련 영상 집합으로 분류되고, 촬영 각도 정보가 180도인 분할 프로젝션 영상들(A5, B5, C5 및 D5)은 제5 관련 영상 집합으로 분류되고, 촬영 각도 정보가 225도인 분할 프로젝션 영상들(A6, B6, C6 및 D6)은 제6 관련 영상 집합으로 분류되고, 촬영 각도 정보가 270도인 분할 프로젝션 영상들(A7, B7, C7 및 D7)은 제7 관련 영상 집합으로 분류되고, 촬영 각도 정보가 315도인 분할 프로젝션 영상들(A8, B8, C8 및 D8)은 제8 관련 영상 집합으로 분류된다. 이와 같이, 표 1의 열별로 프로젝션 영상들이 관련 영상 집합으로 분류된다. 이와 같은 방식으로, 프로젝션 영상 분류부(40)는 촬영 각도 정보에 따라 분할 프로젝션 영상들을 분류한다.
다음으로, 프로젝션 영상 합성부(50)는 n개의 관련 영상 집합 내의 m개의 분할 프로젝션 영상들을 수광 위치 정보에 기초하여, n개의 합성 프로젝션 영상을 생성한다. 하나의 관련 영상 집합 내의 m개의 분할 프로젝션 영상들을 하나의 합성 프로젝션 영상으로 합성하는 것은 분할 프로젝션 영상들의 명암 차이에 의한 불연속성을 제거하기 위한 것이다.
예를 들어, 제1 관련 영상 집합(A1, B1, C1 및 D1)을 수광 위치 정보에 따라 제1, 제2, 제3 및 제4 수광 위치(311A, 311B, 311C 및 311D)의 순서 또는 그의 역순으로 합성하여 하나의 합성 프로젝션 영상을 획득할 수 있다.
하나의 관련 영상 집합 내의 분할 프로젝션 영상들을 합성할 때, 일반적으로 영상들을 합성할 때 이용되는 멀티 밴드 블렌딩(Multi Band Blending) 알고리즘을 이용할 수 있다. 멀티 밴드 블렌딩 알고리즘은 [1983년 10월 ACM Transactions on Graphics에 게재된 Burt와 Adelson의 "A Multiresolution Spline With Application to Image Mosaics"]을 통해 알려졌다. 이러한 멀티 밴드 블렌딩 알고리즘을 이용할 경우, 분할 프로젝션 영상들 중 오버랩되는 부분의 고주파 영역은 상대적으로 좁게 저주파 영역은 상대적으로 넓게 합성되어, 프로젝션 영상의 디테일 성분이 효과적으로 합성된다. 본 발명은 멀티 밴드 블렌딩 알고리즘에만 한정되지 않으며, 그와 유사한 합성 알고리즘이 본 발명에 적용 가능함을 알 것이다.
한편, 특정 관련 영상 집합 내의 분할 프로젝션 영상들을 이용하여 생성된 합성 프로젝션 영상은 대응하는 분할 프로젝션 영상의 촬영 각도 정보 및 수광 위치 정보를 가진다.
도 5는 도 3a 내지 3d의 분할 프로젝션 영상들이 하나의 합성 프로젝션 영상으로 합성된 영상을 도시한다.
영상 재구성부(60)는 n개의 합성 프로젝션 영상들을 재구성하여 3차원 재구성 영상을 획득한다. 3차원 영상 재구성에 이용되는 FDK(Feldkamp, Davis and Kress) 알고리즘 또는 반복적 재구성(Iterative Reconstruction) 알고리즘 같은 필터 백 프로젝션(Filtered Back Projection) 알고리즘을 이용하여 합성 프로젝션 영상들을 3차원 영상으로 재구성할 수 있다.
예를 들어, 도 6a 내지 6e를 참조하여, 반복적 재구성 알고리즘을 이용하여, 영상 재구성부(60)가 합성 프로젝션 영상들을 재구성하여 3차원 재구성 영상을 획득하는 과정을 설명하도록 한다.
먼저, 합성 프로젝션 영상은 분할 프로젝션 영상들로 구성되며, 각 분할 프로젝션 영상들은 다수의 픽셀들로 구성되는데, 본 명세서에서는 합성 프로젝션 영상의 각 분할 프로젝션 영상 내의 하나의 특정 픽셀의 백 프로젝션을 예시적으로 설명한다.
도 6b 내지 도 6e에서, 도 6b는 합성 프로젝션 영상 내의 분할 프로젝션 영상(D2), 즉, 45도의 촬영 각도 및 제4 수광 위치(311D)에 대응하여 획득된 분할 프로젝션 영상(D2) 내의 하나의 특정 픽셀을 백 프로젝션 한 경우를 도시한 것이고, 도 6c는 합성 프로젝션 영상 내의 분할 프로젝션 영상(C2), 즉, 45도의 촬영 각도 및 제3 수광 위치(311C)에 대응하여 획득된 분할 프로젝션 영상(C2) 내의 하나의 특정 픽셀을 백 프로젝션 한 경우를 도시한 것이고, 도 6d는 합성 프로젝션 영상 내의 분할 프로젝션 영상(B2), 즉, 45도의 촬영 각도 및 제2 수광 위치(311B)에 대응하여 획득된 분할 프로젝션 영상(B2) 내의 하나의 특정 픽셀을 백 프로젝션 한 경우를 도시한 것이고, 도 6e는 합성 프로젝션 영상 내의 분할 프로젝션 영상(A2), 즉, 45도의 촬영 각도 및 제1 수광 위치(311A)에 대응하여 획득된 분할 프로젝션 영상(A2) 내의 하나의 특정 픽셀을 백 프로젝션 한 경우를 도시한 것이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 합성 프로젝션 영상(100) 내의 각 분할 프로젝션 영상(A2, B2, C2 및 D2)은 대응하는 촬영 각도 정보(θ) 및 수광 위치 정보(130)를 가진다. 재구성이 시작되면, 재구성 공간상에 전체 촬영 영역(FA, FB, FC 및 FD)에 대응하는 복수의 복셀(150)로 이루어진 재구성 영역(140)이 설정된다. 그 다음, 합성 프로젝션 영상(100) 내의 각 분할 프로젝션 영상(A2, B2, C2 및 D2)의 촬영 각도 정보(θ)를 이용하여 엑스선 소스(321)의 위치에 대응하는 재구성 공간상의 좌표에 가상 엑스선 소스(321A)를 설정한다.
그 다음, 도 6b에 도시된 바와 같이, 합성 프로젝션 영상(100) 내의 분할 프로젝션 영상(D2)의 각 픽셀의 공간상의 좌표 위치와 가상 엑스선 소스(321A)의 공간상의 좌표 위치를 잇는 가상의 엑스선 상에 존재하는 각 복셀(150)에 각 픽셀의 데이터 값(7)을 삽입한다.
그 다음, 도 6c에 도시된 바와 같이, 합성 프로젝션 영상(100) 내의 분할 프로젝션 영상(C2)의 각 픽셀의 공간상의 좌표 위치와 가상 엑스선 소스(321A)의 공간상의 좌표 위치를 잇는 가상의 엑스선 상에 존재하는 각 복셀(150)에 각 픽셀의 데이터 값(5)을 삽입한다.
그 다음, 도 6d에 도시된 바와 같이, 합성 프로젝션 영상(100) 내의 분할 프로젝션 영상(B2)의 각 픽셀의 공간상의 좌표 위치와 가상 엑스선 소스(321A)의 공간상의 좌표 위치를 잇는 가상의 엑스선 상에 존재하는 각 복셀(150)에 각 픽셀의 데이터 값(3)을 삽입한다.
그 다음, 도 6e에 도시된 바와 같이, 합성 프로젝션 영상(100) 내의 분할 프로젝션 영상(A2)의 각 픽셀의 공간상의 좌표 위치와 가상 엑스선 소스(321A)의 공간상의 좌표 위치를 잇는 가상의 엑스선 상에 존재하는 각 복셀(150)에 각 픽셀의 데이터 값(2)을 삽입한다.
상기에서는 단지 각 분할 프로젝션 영상 내의 하나의 픽셀에 대해서만 설명되었지만, 실제 구현에 있어서는 각 분할 프로젝션 영상 내의 모든 픽셀들에 대해 상술한 백 프로젝션을 실시해야 함을 당업자라면 잘 알 것이다.
도 6b 내지 도 6e와 같은 과정을 모든 합성 프로젝션 영상들(100)에 대해 진행함으로써 3차원 재구성 영상을 생성한다.
도 7은 도 5의 합성 프로젝션 영상들을 재구성하여 획득된 3차원 재구성 영상의 한 단면을 도시한 도면이다.
한편, 상술한 과정을 통하여 재구성된 프로젝션 영상의 경우 분할 프로젝션 영상들이 정확한 촬영 각도에서 획득되지 않아 재구성된 영상에 문제가 발생할 수도 있다.
따라서, 본 명세서에서는 촬영 각도의 오차로 인해 발생되는 재구성 영상에 있어서의 오류를 보정하기 위한 방식을 제안한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 소형 엑스선 디텍터를 이용하여 획득된 프로젝션 영상을 재구성하는 엑스선 영상 처리 장치는 사전에 측정된 엑스선 영상 처리 장치의 촬영 각도별 오차(θ)를 보정하기 위한 가중치를 저장부(도시되지 않음)에 저장한다. 촬영 각도별 오차(θ)는 분할 프로젝션 영상들이 원하는 촬영 각도에서 획득되지 않아 발생하는 오차로서, 예를 들어, 캘리브레이션용 물체에 대해 각각의 촬영 각도마다 획득한 이상적인 기준 프로젝션 영상들과 캘리브레이션용 물체에 대한 각도별 실제 획득한 프로젝션 영상들과의 비교에 의해 획득된다. 특정 촬영 각도에서 실제 획득한 프로젝션 영상을, 상기 특정 촬영 각도 및 그에 인접한 다수개의 사전 설정된 주변 촬영 각도들에서의 기준 프로젝션 영상들과 대비하여, 가장 근사한 기준 프로젝션 영상을 추출하고, 가장 근사한 기준 프로젝션 영상의 촬영 각도와, 실제 획득한 프로젝션 영상의 특정 촬영 각도 간의 차이를 엑스선 영상 처리 장치의 촬영 각도별 오차(θ)로서 획득하고, 촬영 각도별 오차(θ)를 보정하기 위한 가중치를 제어부(70) 내부의 저장부(도시되지 않음)에 저장한다. 그 다음, 저장된 촬영 각도별 오차(θ)에 따른 가중치를 이용하여 프로젝션 영상을 보정함으로써 보다 정밀한 재구성 영상을 생성한다.
이러한 촬영 각도별 오차(θ)는 매 엑스선 영상 촬영마다 동일하게 나타날 것으로 가정된 것이다.
표 2는 엑스선 영상 처리 장치의 촬영 각도별 오차(θ)를 보정하기 위한 가중치를 예시한 것이다.
촬영 각도
수광위치 0도 45도 90도 135도 180도 225도 270도 315도
311A 1° 0° 0° 0° -1° 0° 2° 1°
311B -1° 1° 0° 0° -1° 1° 0° 0°
311C 0.5° 0° -1° 1° 1° 0° 0° 0°
311D 0° 0° 0.1° 2° 0° 0° -1° 0.1°
엑스선 영상 처리 장치의 영상 재구성부(60)는 합성 프로젝션 영상들을 재구성하여 3차원 재구성 영상을 획득하되, 촬영 각도별 오차 정보를 고려하여 재구성한다. 이를 도 8a 내지 8e를 참조하여 설명하도록 하겠다.
도 8b 내지 도 8e에서, 도 8b는 합성 프로젝션 영상(100) 내의 분할 프로젝션 영상(D2), 즉, 45도의 촬영 각도 및 제4 수광 위치(311D)에 대응하여 획득된 분할 프로젝션 영상(D2) 내의 하나의 특정 픽셀을 대응하는 가중치(0도)를 고려하여 백 프로젝션 한 경우를 도시한 것이고, 도 8c는 합성 프로젝션 영상(100) 내의 분할 프로젝션 영상(C2), 즉, 45도의 촬영 각도 및 제3 수광 위치(311C)에 대응하여 획득된 분할 프로젝션 영상(C2) 내의 하나의 특정 픽셀을 가중치(0도)를 고려하여 백 프로젝션 한 경우를 도시한 것이고, 도 8d는 합성 프로젝션 영상(100) 내의 분할 프로젝션 영상(B2), 즉, 45도의 촬영 각도 및 제2 수광 위치(311B)에 대응하여 획득된 분할 프로젝션 영상(B2) 내의 하나의 특정 픽셀을 가중치(1도)를 고려하여 백 프로젝션 한 경우를 도시한 것이고, 도 8e는 합성 프로젝션 영상(100) 내의 분할 프로젝션 영상(A2), 즉, 45도의 촬영 각도 및 제1 수광 위치(311A)에 대응하여 획득된 분할 프로젝션 영상(A2) 내의 하나의 특정 픽셀을 가중치(0도)를 고려하여 백 프로젝션 한 경우를 도시한 것이다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 합성 프로젝션 영상(100) 내의 각 분할 프로젝션 영상(A2, B2, C2 및 D2)은 대응하는 촬영 각도 정보(θ) 및 수광 위치 정보(130)를 가진다. 재구성이 시작되면, 재구성 공간상에 전체 촬영 영역(FA, FB, FC 및 FD)에 대응하는 복수의 복셀(150)로 이루어진 재구성 영역(140)이 설정된다. 그 다음, 합성 프로젝션 영상(100) 내의 각 프로젝션 영상(A2, B2, C2 및 D2)의 촬영 각도 정보(θ)를 이용하여 엑스선 소스(321)의 위치에 대응하는 재구성 공간상의 좌표에 가상 엑스선 소스(321A)를 설정한다.
그 다음, 도 8b에 도시된 바와 같이, 합성 프로젝션 영상(100) 내의 분할 프로젝션 영상(D2)의 가중치(0도)를 고려하여 가상 엑스선 소스(321A)의 공간상의 좌표 위치를 보정하고(이 경우, 가중치가 0도이므로 실질적으로는 가장 엑스선 소스(321A)의 좌표 위치의 보정을 하지 않음), 합성 프로젝션 영상(100) 내의 분할 프로젝션 영상(D2)의 각 픽셀의 공간상의 좌표 위치와 보정된 가상 엑스선 소스(321A)의 공간상의 좌표 위치를 잇는 가상의 엑스선 상에 존재하는 각 복셀(150)에 각 픽셀의 데이터 값(7)을 삽입한다.
그 다음, 도 8c에 도시된 바와 같이, 합성 프로젝션 영상(100) 내의 분할 프로젝션 영상(C2)의 가중치(0도)를 고려하여 가상 엑스선 소스(321A)의 공간상의 좌표 위치를 보정하고(이 경우, 가중치가 0도이므로 실질적으로는 가장 엑스선 소스(321A)의 좌표 위치의 보정을 하지 않음), 합성 프로젝션 영상(100) 내의 분할 프로젝션 영상(C2)의 각 픽셀의 공간상의 좌표 위치와 보정된 가상 엑스선 소스(321A)의 공간상의 좌표 위치를 잇는 가상의 엑스선 상에 존재하는 각 복셀(150)에 각 픽셀의 데이터 값(5)을 삽입한다.
그 다음, 도 8d에 도시된 바와 같이, 합성 프로젝션 영상(100) 내의 분할 프로젝션 영상(D2)의 가중치(1도)를 고려하여 가상 엑스선 소스(321A)의 공간상의 좌표 위치를 보정하고(321B)(이 경우, 가상 엑스선 소스(321A)의 공간상의 좌표 위치를 1도만큼 이동시킴), 합성 프로젝션 영상(100) 내의 분할 프로젝션 영상(B2)의 각 픽셀의 공간상의 좌표 위치와 보정된 가상 엑스선 소스(321B)의 공간상의 좌표 위치를 잇는 가상의 엑스선 상에 존재하는 각 복셀(150)에 각 픽셀의 데이터 값(3)을 삽입한다.
그 다음, 도 8e에 도시된 바와 같이, 합성 프로젝션 영상(100) 내의 분할 프로젝션 영상(A2)의 가중치(0도)를 고려하여 가상 엑스선 소스(321A)의 공간상의 좌표 위치를 보정하고(이 경우, 가중치가 0도이므로 실질적으로는 가장 엑스선 소스(321A)의 좌표 위치의 보정을 하지 않음), 합성 프로젝션 영상(100) 내의 분할 프로젝션 영상(A2)의 각 픽셀의 공간상의 좌표 위치와 보정된 가상 엑스선 소스(321A)의 공간상의 좌표 위치를 잇는 가상의 엑스선 상에 존재하는 각 복셀(150)에 각 픽셀의 데이터 값(2)을 삽입한다.
도 8b 내지 도 8e와 같은 과정을 모든 합성 프로젝션 영상들(100)에 대해 진행함으로써 3차원 재구성 영상을 생성한다.
도 9는 본 발명에 따른 소형 엑스선 디텍터를 이용하는 엑스선 영상 촬영 방법을 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 소형 엑스선 디텍터를 이용하는 엑스선 영상 촬영 방법은, 먼저, 엑스선 소스와 엑스선 디텍터 사이의 회전축을 중심으로 엑스선 소스와 엑스선 디텍터를 대향 회전시키면서 엑스선 디텍터를 회전축과 교차하는 폭 방향으로 이동시켜 회전축을 중심으로 사전 설정된 n개(n은 1 이상의 정수)의 촬영 각도 별 m개(m은 2 이상의 정수)의 분할 프로젝션 영상들을 획득한다(S510).
이때, 엑스선 소스와 상기 엑스선 디텍터는 m*360도 회전할 수 있고, 이를 통해 촬영 각도 별 m개(m은 2 이상의 정수)의 분할 프로젝션 영상들을 획득한다
그 다음, 촬영 각도 별 상기 m개의 분할 프로젝션 영상으로 상기 촬영 각도 별 합성 프로젝션 영상을 생성한다(S520).
그 다음, 합성 프로젝션 영상을 재구성하여 재구성 영상을 생성한다(S530).
이때, 합성 프로젝션 영상의 재구성 전 촬영 각도 별 m개의 분할 프로젝션 영상을 회전축에 대해 동일한 촬영 각도로 보정할 수 있다. 그리고 이 같은 보정을 위해 사전 설정된 n개의 촬영 각도 및 각각에 인접한 복수의 촬영 각도에서 촬영 각도 별 복수의 기준 프로젝션 영상을 얻고, 촬영 각도 별로 m개의 프로젝션 영상과 가장 근접한 프로젝션 영상을 얻고, 촬영 각도 별 가장 근접한 프로젝션 영상의 촬영 각도에 따라 촬영 각도 별 상기 m개의 프로젝션 영상의 촬영 각도를 보정하며, 촬영 각도 별 상기 m개의 분할 프로젝션 영상을 회전축에 대해 동일한 촬영 각도로 보정할 수 있다. 이 같은 촬영 각도 별 촬영 각도의 보정은 앞서 상세히 설명한 바 있으므로 생략한다.
한편, 편의상 이상의 설명에서는 엑스선 디텍터(311)의 폭 방향 이동이 회전축(25C)을 기준으로 하는 회전암(30)의 회전에 대해 단계적인 것으로 설명하였으나 엑스선 디텍터(311)의 폭 방향 이동은 회전축(25C)을 기준으로 하는 회전암(30)의 회전과 동시에 이루어지는 것도 가능함은 물론이다. 또한 편의상 엑스선 디텍터(311)은 촬영영역의 내측에서 외측으로 이동하는 것으로 설명하였지만 그 반대의 경우도 가능함은 물론이다. 이때, 회전암(30)의 회전속도와 엑스선 디텍터(311) 폭 방향 이동 속도는 서로 일정하게 연동될 수 있고, 비례관계에 있을 수 있다.
또 다른 한편, 전술한 바와 같은 소형 엑스선 디텍터를 이용하여 획득된 프로젝션 영상을 재구성하는 엑스선 영상 처리 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함될 수 있다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 해독기 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
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.
예를 들어, 도 2a 내지 2d에서 본 발명이 원형의 궤적을 이용하여 분할 프로젝션 영상들을 획득하는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명은 원형의 궤적뿐만 아니라, 타원형(Spiral)의 궤적을 이용하여 분할 프로젝션 영상들을 획득할 수 있다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (8)

  1. (a) 엑스선 소스와 엑스선 디텍터 사이의 회전축을 중심으로 상기 엑스선 소스와 엑스선 디텍터를 대향 회전시키면서 상기 엑스선 디텍터를 상기 회전축과 교차하는 폭 방향으로 이동시켜 상기 회전축을 중심으로 사전 설정된 n개(n은 1 이상의 정수)의 촬영 각도 별 m개(m은 2 이상의 정수)의 분할 프로젝션 영상들을 획득하는 단계;
    (b) 상기 촬영 각도 별 상기 m개의 분할 프로젝션 영상으로 상기 촬영 각도 별 합성 프로젝션 영상을 생성하는 단계; 및
    (c) 상기 합성 프로젝션 영상을 재구성하여 재구성 영상을 생성하는 단계를 포함하는 엑스선 영상 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서, 상기 엑스선 소스와 상기 엑스선 디텍터는 m*360도 회전하는 엑스선 영상 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계 후 상기 (c) 단계 전, 상기 촬영 각도 별 상기 m개의 분할 프로젝션 영상을 상기 회전축에 대해 동일한 촬영 각도로 보정하는 단계를 더 포함하는 엑스선 영상 처리 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 (a) 단계 후 상기 (c) 단계 전,
    상기 사전 설정된 n개의 촬영 각도 및 각각에 인접한 복수의 촬영 각도에서 촬영 각도 별 복수의 기준 프로젝션 영상을 얻는 단계;
    상기 촬영 각도 별로 상기 m개의 프로젝션 영상과 가장 근접한 프로젝션 영상을 얻는 단계;
    상기 촬영 각도 별 상기 가장 근접한 프로젝션 영상의 촬영 각도에 따라 상기 촬영 각도 별 상기 m개의 프로젝션 영상의 촬영 각도를 보정하여,
    상기 촬영 각도 별 상기 m개의 분할 프로젝션 영상을 상기 회전축에 대해 동일한 촬영 각도로 보정하는 엑스선 영상 처리 방법.
  5. 엑스선 소스와 엑스선 디텍터 사이의 회전축을 중심으로 상기 엑스선 소스와 엑스선 디텍터를 회전시키면서 상기 엑스선 디텍터를 상기 회전축과 교차하는 폭 방향으로 이동시켜 상기 회전축을 중심으로 사전 설정된 n개(n은 1 이상의 정수)의 촬영 각도 별 m개(m은 2 이상의 정수)의 분할 프로젝션 영상들을 획득하는 분할 프로젝션 영상 획득부;
    상기 촬영 각도 별 상기 m개의 분할 프로젝션 영상으로 상기 촬영 각도 별 합성 프로젝션 영상을 생성하는 프로젝션 영상 합성부; 및
    상기 합성 프로젝션 영상을 재구성하여 재구성 영상을 생성하는 영상 재구성부를 포함하는 엑스선 영상 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분할 프로젝션 영상 획득부는,
    상기 엑스선 소스와 상기 엑스선 디텍터를 m*360도 회전시키는 엑스선 영상 처리 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 영상 재구성부는, 상기 촬영 각도 별 상기 m개의 분할 프로젝션 영상을 상기 회전축에 대해 동일한 촬영 각도로 보정하여 상기 재구성 영상을 생성하는엑스선 영상 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 영상 재구성부는,
    상기 사전 설정된 n개의 촬영 각도 및 각각에 인접한 복수의 촬영 각도에서 촬영 각도 별 복수의 기준 프로젝션 영상을 얻고, 상기 촬영 각도 별로 상기 m개의 프로젝션 영상과 가장 근접한 프로젝션 영상을 얻어, 상기 촬영 각도 별 상기 가장 근접한 프로젝션 영상의 촬영 각도에 따라 상기 촬영 각도 별 상기 m개의 프로젝션 영상의 촬영 각도를 보정하여 상기 촬영 각도 별 상기 m개의 분할 프로젝션 영상을 상기 회전축에 대해 동일한 촬영 각도로 보정하는 엑스선 영상 처리 장치.
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