WO2022250263A1 - 피검체의 움직임 검출이 가능한 스파이럴 ct 영상 형성 장치 및 방법 - Google Patents

피검체의 움직임 검출이 가능한 스파이럴 ct 영상 형성 장치 및 방법 Download PDF

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WO2022250263A1
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projection data
image
ray projection
ray
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PCT/KR2022/003860
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한태희
김지성
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주식회사바텍
(주)바텍이우홀딩스
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    • G06T2207/10072—Tomographic images
    • G06T2207/10081—Computed x-ray tomography [CT]

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for forming a computed tomography (CT) image, and more particularly, to a spiral CT image forming apparatus and method capable of detecting motion of an object under examination.
  • CT computed tomography
  • Computed tomography reconstructs a plurality of X-ray projection data obtained through CT imaging through mathematical calculations of a computer to provide a CT image representing the internal structure of a subject in 3D voxels. .
  • the X-ray generator radiates an X-ray beam to the object at predetermined intervals (angles), and the X-ray detector It generates an electrical signal by receiving X-rays that have passed through the specimen.
  • the X-ray generator and the X-ray detector rotate and move in a spiral shape parallel to the longitudinal direction of the subject, the X-ray generator and the X-ray detector rotate about the rotation axis and at the same time rotate at a constant pitch per rotation.
  • a conventional CT image acquisition device may provide a pre-confirmation image during CT imaging, that is, during acquisition of multiple frames of X-ray projection data of a subject or during CT image reconstruction.
  • the existing pre-confirmation images provided in this way are largely divided into two types. One is a projection image implemented with frame-unit X-ray projection data obtained during CT imaging, and the other is an axial slice image of a specific position shown at each specific step during the reconstruction process. These pre-confirmation images are individually displayed on the screen in chronological order during CT scanning or during the reconstruction process. hit
  • the present invention is intended to solve the above-mentioned problems, and in the process of obtaining a CT image using a spiral CT image acquisition device, it is possible to determine whether or not to retake a scan without CT image reconstruction by checking whether or not motion of a subject has occurred at least before CT image reconstruction. It is an object of the present invention to provide a spiral CT image acquisition device and method capable of detecting the motion of an object under examination.
  • the present invention rotates an X-ray generator and an X-ray detector facing each other with a subject interposed therebetween about a rotation axis, linearly moves in a direction parallel to the rotation axis, and acquires X-ray projection data for the subject filming department; an image processor configured to form a motion detection image of the subject using X-ray projection data within a certain range along the linear movement direction among the X-ray projection data; and a control unit for stopping the acquisition of the X-ray projection data or stopping the start or progress of CT image reconstruction using the X-ray projection data, when it is determined from the motion detection image of the object that the subject moved during the acquisition of the X-ray projection data.
  • a spiral CT imaging device comprising a.
  • the X-ray projection data within a certain range along the linear movement direction is X-ray projection data within an angle determined with respect to one axis of a plane perpendicular to the rotation axis.
  • the image processing unit may form the object motion detection image by connecting X-ray projection data having substantially the same azimuth with respect to one axis of a plane perpendicular to the rotation axis in the direction of the rotation axis.
  • control unit may determine whether or not the object is moving based on whether an edge of the object under test is discontinuous in the motion detection image of the object under test.
  • a display unit displaying the motion detection image of the subject; and a user input unit configured to receive a determination from a user that the object under examination has moved while obtaining the X-ray projection data.
  • a method for forming a CT image comprising three steps is provided.
  • the X-ray projection data within a certain range along the linear movement direction is X-ray projection data within an angle determined with respect to one axis of a plane perpendicular to the rotation axis.
  • the motion detection image of the subject may be formed by connecting X-ray projection data having substantially the same azimuth with respect to one axis of a plane perpendicular to the rotation axis in the direction of the rotation axis.
  • whether or not the object is moving is determined based on whether or not the edge of the object under test is discontinuous in the motion detection image of the object.
  • a CT image acquisition process using a spiral CT image capture device it is possible to check whether or not motion of a subject has occurred before starting a CT image reconstruction process. Accordingly, when a subject moves during CT scanning and re-scanning is required, there is no need to perform a CT image reconstruction process unnecessarily, thereby preventing a patient and doctor from wasting valuable time and computing resources.
  • whether or not a movement of the subject occurs during CT scanning may be provided as visual information or sound information.
  • the device may display an image or a message on the screen or generate a warning sound. With such alarm information, the user can determine the motion of the subject during CT scanning as objective information without depending on subjective judgment.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a spiral CT image acquisition device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram for explaining the acquisition of X-ray projection data by the spiral CT image acquisition device shown in FIG. 1 .
  • FIG. 3 schematically shows a movement path of a photographing unit, a plane perpendicular to a rotation axis, and an azimuth angle of a spiral CT image capture device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows an operation sequence of a spiral CT imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 shows an example of an analysis result of a subject motion detection image according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 shows an analysis result of a subject motion detection image according to another embodiment of the present invention.
  • the spiral CT image capture device 100 includes a photographing unit 110, a control unit 120, a support unit 130, and an image processing unit 140, and a display unit. (150) may be further included.
  • the control unit 120 and the image processing unit 140 may be implemented as a single processor, or multiple processors may perform the functions of the control unit 120 and the image processing unit 140.
  • the spiral CT image acquisition device 100 transmits data and signals between a user input unit and each component of the spiral CT image acquisition device 100 or to the outside of the device 100.
  • the spiral CT image capture device 100 includes a communication unit for transmitting and at least one storage unit for storing a CT image shooting sequence, multiple frames of X-ray projection data, a subject motion detection image, a CT image, and the like.
  • the spiral CT image capture device 100 may further include an audio device for notifying the motion of the subject by sound.
  • the photographing unit 110 includes an X-ray detector 111, an X-ray generator 112, and a moving unit (not shown) for moving the X-ray detector 111 and the X-ray generator 112 that rotate while facing each other around a rotation axis. do.
  • the support unit 130 includes a support for the receiver OB and a moving unit (not shown) for moving the support. When the rotation trajectories of the X-ray detector 111 and the X-ray generator 112 are parallel to the X-Y plane, the support unit 130 may dispose the transducers OB in the Z-axis direction and in a direction parallel to the rotation axis.
  • the X-ray detector 111 and the X-ray generator 112 may move relative to the support 130 in the Z-axis direction.
  • the support 130 moves in the Z-axis direction (rotation axis direction), or the X-ray detector 111 and the X-ray generator 112 move in the direction of the axis of rotation.
  • the support 130 moves along the Z axis, or while the X-ray detector 111 and the X-ray generator 112 rotate and move along the Z axis, the support 130 moves in the opposite direction. can be moved along the Z-axis.
  • the photographing unit 110 acquires multiple frames of X-ray projection data for the region of interest of the subject.
  • the X-ray beam 114 radiated from the X-ray generator 112 and detected by the X-ray detector 111 may be in the form of a fan beam or a cone beam.
  • the control unit 120 controls the operation of the imaging unit 110 and the support unit 130 according to the CT imaging sequence, and the image processing unit 140 controls the operation of the imaging unit 140 before CT image reconstruction begins or before CT image reconstruction is completed during image acquisition.
  • a sample motion detection image is generated.
  • the control unit 120 may determine whether the subject is moving based on the motion detection image of the subject, generate an analysis result of the subject motion image, and generate a recording stop signal when it is determined that the subject has moved.
  • the recording stop signal may be input to the device 100 by a user who has viewed the subject motion detection image.
  • the display unit 150 may display a CT image, a subject motion detection image, a subject motion analysis result, or a motion alarm message.
  • the image processing unit 140 forms an object motion detection image as a part of multiple frames of X-ray projection data and composes a CT image. Since CT image reconstruction is a well-known fact known to those skilled in the art, a detailed description thereof will be omitted.
  • the formation of the subject motion detection image T20 will be described. do.
  • the longitudinal direction of the subject O is referred to as the Z-axis direction.
  • the X-ray generator 112 and the X-ray detector 111 disposed opposite to each other with the subject O interposed therebetween are rotational axes parallel to the Z axis.
  • a spiral trajectory 10 is drawn with respect to the object O as a center, and X-ray projection data is obtained at predetermined angular intervals.
  • the X-ray generator 112 and the X-ray detector 111 acquire 360 frames per rotation.
  • the X-ray generator 112 and the X-ray detector 111 move in the Z-axis direction at a predetermined pitch per 360 degree rotation.
  • the pitch of the spiral trajectory 10 is exaggerated, and the actual pitch may be set equal to or smaller than the effective width of the X-ray detector in the Z-axis direction.
  • the control unit 120 controls the image processing unit 140 before the CT image reconstruction process is started after the acquisition of the X-ray projection data is completed, or before the CT image reconstruction process is completed.
  • the X-ray generator 112 and the X-ray detector 111 move in a linear direction, that is, in the present embodiment, a subject motion detection image (T20) as X-ray projection data of a certain range in the longitudinal direction of the subject form
  • the predetermined range may be within an azimuth of a predetermined size.
  • X-ray projection data having the same azimuthal angle on the X-Y plane may be arranged along the longitudinal direction of the object to form an object motion detection image.
  • the object motion detection image T20 is obtained by stitching or shifting and adding projection images 21, 22, 23, ... on a plurality of X-Y planes, preferably on successive X-Y planes, having the same azimuth angle. Add) method to form.
  • the pitch of the spiral trajectory 10 of the spiral CT image acquisition device 100 is equal to the effective width of the X-ray detector in the Z-axis direction
  • X-ray projection images having the same azimuth angle on the X-Y plane are obtained along the Z-axis direction, which is the longitudinal direction of the subject.
  • a two-dimensional object motion detection image T20 may be formed by stitching.
  • the image processing unit shifts and adds X-ray projection images having the same azimuth on the X-Y plane by the pitch length in the Z-axis direction, so that a predetermined cross-section is relatively
  • a tomography image T20 highlighted by that is, a motion detection image T20 of a subject in which a predetermined cross section is focused may be implemented.
  • This display unit 150 may be displayed.
  • the object motion detection image T20 is displayed on the screen after projection data acquisition is completed and before the CT image reconstruction process starts, all of the plurality of projection images 21, 22, 23, ... will be displayed in a connected form. may be
  • the spiral CT image acquisition device stitches or shifts and shifts X-ray projection images having the same azimuth angle among multiple frames of X-ray projection data acquired at regular intervals (pitch) during each rotation during CT imaging.
  • the object motion detection image T20 may be configured.
  • a GUI Graphic User Interface
  • projection data is obtained (s1) according to a CT imaging sequence, and projection data within a certain angular range with respect to the same azimuth on the X-Y plane or a reference azimuth on the X-Y plane is used to measure the object under examination.
  • a motion detection image may be configured (s2), and it may be determined whether or not the subject is moving during photographing using the image of the subject (s3), or a result of the determination may be received. Whether or not the subject is moving may be determined by the controller 120 or may be input by the user as a result of the determination.
  • the control unit 120 of the spiral CT image capture device may automatically determine whether the subject is moving by analyzing the subject image based on a predetermined criterion. This criterion may be set in advance or may be set through artificial intelligence learning.
  • the device 100 may display an image of the object under test on the display unit 150 .
  • the control unit 140 of the spiral CT image acquisition device 100 determines whether the edge of the subject is discontinuous in the subject image by using a predetermined image analysis algorithm such as an edge detection algorithm of the subject. It may be analyzed, and the result of the analysis may be provided to the display unit 150 together with the image of the subject to assist the user in making a decision.
  • the controller 120 may generate a recording stop signal.
  • determining whether the subject is moving if it is determined that the subject is moving (Y), according to the user's selection or the control unit 120's decision, if the imaging is not completed, the CT scan is stopped or the CT scan is not completed. If it is completed, the CT imaging sequence may be performed again from the beginning without performing the CT image reconstruction process. This can prevent unnecessary waste of time and computing resources. If it is determined in step S3 that the subject has not moved (N), a CT image is taken without interruption or a CT image reconstruction process (s4) is performed.
  • 5 and 6 are subject motion detection images formed according to an embodiment of the present invention. If there is no motion of the subject during the process of obtaining projection data for the subject, the edge of the subject in the subject motion detection image continues like the subject motion detection image of FIG. 5 .
  • the edge of the subject in the subject motion detection image continues like the subject motion detection image of FIG. 5 .
  • the position of the subject in the X-ray projection image before the movement, the X-ray projection image during the movement, and the X-ray projection image after the movement are different. Therefore, when these X-ray projection images are superimposed along the Z-axis direction to realize a motion detection image of the subject, the edge of the subject is not continuous and a singularity appears.
  • part A in the subject motion detection image of FIG. 6 a singularity is observed because the edge of the soft tissue of the skin and the edge of the bone inside the subject are discontinuous with the boundary of the part indicated by the arrow. Through this, it can be confirmed that there is a small movement of the subject.
  • part B of FIG. 6 a large step is also generated at the edge of the subject, so that a singularity is easily observed. Through this, it can be seen that there is a large movement of the subject. In this case, since it is difficult to obtain a meaningful CT image result even if the CT image is reconstructed, it is preferable to stop the CT image reconstruction and retake the image.
  • FIG. 7 shows an example of a result of analyzing an image of a subject according to an embodiment of the present invention.
  • the control unit 120 extracts a vector of the edge of the subject from the subject motion detection image, and projection images constituting the subject motion detection image, for example, a band-shaped partial image shown in FIG. 7 (t21, t22, t23, ...), as a method of detecting the part where the vector rapidly changes at the boundary between, there was movement of the subject when the X-ray generator and the X-ray detector passed the corresponding position (z1) on the Z axis can be displayed visually and quantitatively.
  • a rapid change of a vector is observed at the boundary between partial images t22 and t23 .
  • Such an analysis result may be provided on the screen of the display unit 150 during CT imaging, before the reconstruction process, or at least before completion.
  • the control unit 120 of the CT image acquisition device informs the user with a visual effect through the display unit 150 or a sound through an audio device. It can be used in such a way as to suggest a re-examination recommendation or to automatically stop the imaging or CT image reconstruction process.
  • FIG. 8 shows another example of a result of analyzing an image of a subject according to an embodiment of the present invention.
  • the outline of the subject is extracted from the subject image T20", and projection images constituting the subject image, that is, the band-shaped partial images 21, 22, 23, ..., show a sharp step at the edge of the subject at the boundary. It is possible to quantitatively indicate the movement of the subject by detecting the part that occurs.
  • a step difference as much as h is observed at the edge of the subject. This is because the X-ray generator and the X-ray detector When passing the z1 position on the Z-axis, it can be interpreted that there was a motion of the subject sufficient to cause a level difference h. If the level difference h is out of a predetermined range, a visual or voice notification is provided to the user to recommend re-shooting. or stop imaging, or CT image reconstruction.
  • T20, T20', T20" object motion detection image
  • 111 X-ray detector 112: X-ray generator
  • control unit 130 support unit
  • the present invention relates to a CT (Computed Tomography) image forming apparatus and method, and may be used in the field of medical diagnostic imaging devices.
  • CT Computer Tomography

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Abstract

본 발명은 피검체를 사이에 두고 대향하는 엑스선 제너레이터와 엑스선 디텍터를 회전축을 중심으로 회전시키고 상기 회전축과 나란한 방향으로 직선 이동시키며 상기 피검체에 대한 엑스선 프로젝션 데이터를 획득하는 촬영부; 상기 엑스선 프로젝션 데이터 중 상기 직선 이동방향을 따라 일정범위에 있는 데이터로써 상기 피검체의 움직임 검출 영상을 형성하는 영상처리부; 및 상기 피검체의 움직임 검출 영상으로 상기 피검체가 상기 엑스선 프로젝션 데이터 획득 중 움직였다고 판단되면, 상기 엑스선 프로젝션 데이터 획득을 중단하거나, 상기 엑스선 프로젝션 데이터를 이용한 CT 영상 재구성의 착수 또는 진행을 중단하는 제어부를 포함하는 스파이럴 CT 영상 장치와 CT 영상 형성 방법을 제공한다.

Description

피검체의 움직임 검출이 가능한 스파이럴 CT 영상 형성 장치 및 방법
본 발명은 CT(Computed Tomography) 영상 형성 장치 및 방법에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 피검체의 움직임 검출이 가능한 스파이럴(spiral) CT 영상 형성 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
컴퓨터 단층 촬영(이하 CT라 한다)은 CT 촬영을 통해 획득된 다수의 엑스선 프로젝션 데이터를 컴퓨터의 수학적 연산을 통해 재구성하여 피검체의 내부 구조를 3차원의 복셀(voxel)로 나타내는 CT 영상을 제공한다.
CT 영상의 촬영 원리를 살펴보면, 엑스선 제너레이터와 엑스선 디텍터가 피검체를 사이에 두고 서로 대향 회전하는 CT 촬영 중에 엑스선 제너레이터는 소정 간격의 위치(각도)마다 엑스선 빔을 피검체에 조사하고 엑스선 디텍터는 피검체를 투과한 엑스선을 수광하여 전기적 신호를 생성한다. 엑스선 제너레이터와 엑스선 디텍터가 피검체의 길이방향과 나란한 나선 형태로 회전 및 이동하는 스파이럴 CT의 경우, 상기 엑스선 제너레이터와 엑스선 디텍터는 상기 회전축을 중심으로 회전하는 동시에 1 회전당 일정한 피치(pitch)로 회전축을 따라 이동하게 된다. 소정의 각도마다 상기 엑스선 디텍터에서 획득된 전기적 신호는 프레임 단위의 디지털 데이터인 엑스선 프로젝션 데이터로 변환되어 축적되고, 이렇게 축적된 다수 프레임의 엑스선 프로젝션 데이터는 컴퓨터의 수학적 연산을 통해 CT 영상으로 재구성된다. 다수 프레임의 엑스선 프로젝션 데이터로부터 CT 영상을 재구성하는 작업은 많은 양의 데이터를 연산해야 한다. 컴퓨터 기술의 발달로 연산 속도가 과거보다 빨라졌지만 여전히 적지 않은 시간이 소요된다.
종래의 CT 영상 획득 장치는 CT 촬영 중, 즉 피검체에 대한 다수 프레임의 엑스선 프로젝션 데이터를 획득하는 동안 또는 CT 영상 재구성 중에 사전 확인 영상을 제공하기도 한다. 이렇게 제공되는 기존의 사전 확인 영상은 크게 2가지 유형으로 나뉜다. 하나는 CT 촬영중 획득되는 프레임 단위의 엑스선 프로젝션 데이터로 구현되는 프로젝션 영상이고, 다른 하나는 재구성 프로세스 중 특정 스텝마다 보여지는 특정 위치의 축 단층(Axial Slice) 영상이다. 이러한 사전 확인 영상은 CT 촬영 중 혹은 재구성 프로세스 진행 중에 시간 순서에 따라 화면에 개별적으로 보여지는데, 그 역할은 엑스선 프로젝션 데이터의 각 프레임이 정상적으로 획득되었는지 또는 재구성 프로세스가 정상적으로 진행되고 있는지를 보여주는 데에 그친다.
종래의 사전 확인 영상으로는 CT 촬영 중에 피검체가 움직여서 CT 영상에 모션 아티팩트(Motion Artifact)가 발생하더라도 CT 영상 재구성이 완료될 때까지 피검체의 움직임 여부를 파악할 수 없다. 따라서, CT 촬영 중에 피검체가 움직여서 CT 영상에 모션 아티팩트가 발생한 경우에도 CT 영상 재구성 프로세스를 끝까지 진행한 후 최종의 CT 영상을 확인해야만 비로서 재 촬영이 필요함을 알 수 있게 된다. CT 촬영 중 각 프레임의 엑스선 프로젝션 영상을 개별적으로 확인할 수 있으나, 프레임과 프레임 사이에 발생하는 피검체의 움직임을 파악할 수 없다. 또한, 영상 재구성 중 특정 위치의 축 단층 영상도 개별적으로 확인할 수 있으나, 이것만으로는 촬영 중 피검체의 움직임 여부를 파악할 수 없다.
본 발명은 전술한 문제점의 해결을 위한 것으로, 스파이럴 CT 영상 획득 장치를 이용한 CT 영상 획득 과정에서, 적어도 CT 영상 재구성 전에 피검체의 움직임 발생 여부를 확인하여 CT 영상 재구성 없이도 재촬영 여부를 판단할 수 있도록, 피검체의 움직임을 검출할 수 있는 스파이럴 CT 영상 획득 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 과제 해결을 위하여 본 발명은, 피검체를 사이에 두고 대향하는 엑스선 제너레이터와 엑스선 디텍터를 회전축을 중심으로 회전시키고 상기 회전축과 나란한 방향으로 직선 이동시키며 상기 피검체에 대한 엑스선 프로젝션 데이터를 획득하는 촬영부; 상기 엑스선 프로젝션 데이터 중 상기 직선 이동방향을 따라 일정범위에 있는 엑스선 프로젝션 데이터로써 상기 피검체의 움직임 검출 영상을 형성하는 영상처리부; 및 상기 피검체의 움직임 검출 영상으로 상기 피검체가 상기 엑스선 프로젝션 데이터 획득 중 움직였다고 판단되면, 상기 엑스선 프로젝션 데이터 획득을 중단하거나, 상기 엑스선 프로젝션 데이터를 이용한 CT 영상 재구성의 착수 또는 진행을 중단하는 제어부를 포함하는 스파이럴 CT 영상 장치를 제공한다.
상기 직선 이동방향을 따라 일정범위에 있는 엑스선 프로젝션 데이터는 상기 회전축에 수직한 평면의 일축을 기준으로 정해진 각도 내의 엑스선 프로젝션 데이터인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 영상처리부는, 상기 회전축에 수직한 평면의 일축을 기준으로 방위각이 실질적으로 동일한 엑스선 프로젝션 데이터를 상기 회전축 방향으로 연결해서 상기 피검체 움직임 검출 영상을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는, 상기 피검체 움직임 검출 영상으로 상기 피검체 가장자리의 불연속 여부로써 상기 피검체 움직임 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 피검체 움직임 검출 영상을 디스플레이하는 디스플레이부; 및 사용자로부터 상기 피검체가 상기 엑스선 프로젝션 데이터 획득 중 움직였다는 판단을 입력받는 사용자 입력부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 피검체를 사이에 두고 대향하는 엑스선 제너레이터와 엑스선 디텍터를 회전축을 중심으로 회전시키고 상기 회전축과 나란한 방향으로 직선 이동시키며 상기 피검체에 대한 엑스선 프로젝션 데이터를 획득하는 제1단계; 상기 엑스선 프로젝션 데이터 중 상기 직선 이동방향을 따라 일정범위에 있는 엑스선 프로젝션 데이터로써 상기 피검체의 움직임 검출 영상을 형성하는 제2단계; 및 상기 피검체의 움직임 검출 영상으로 상기 피검체가 상기 엑스선 프로젝션 데이터 획득 중 움직였다고 판단되면, 상기 엑스선 프로젝션 데이터 획득을 중단하거나, 상기 엑스선 프로젝션 데이터를 이용한 CT 영상 재구성의 착수 또는 진행을 중단하는 제3단계를 포함하는, CT 영상 형성 방법을 제공한다.
상기 직선 이동방향을 따라 일정범위에 있는 엑스선 프로젝션 데이터는 상기 회전축에 수직한 평면의 일축을 기준으로 정해진 각도 내의 엑스선 프로젝션 데이터인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제2단계는, 상기 회전축에 수직한 평면의 일축을 기준으로 방위각이 실질적으로 동일한 엑스선 프로젝션 데이터를 상기 회전축 방향으로 연결해서 상기 피검체 움직임 검출 영상을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제3단계에서, 상기 피검체 움직임 검출 영상으로 상기 피검체 가장자리의 불연속 여부로써 상기 피검체 움직임 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 스파이럴 CT 영상 획득 장치를 이용한 CT 영상 획득 과정에서, CT 영상 재구성 프로세스를 시작하기 전에 피검체 움직임 발생 여부를 확인할 수 있다. 따라서 CT 촬영 중에 피검체가 움직여 재촬영이 필요한 경우에는 불필요하게 CT 영상 재구성 프로세스를 진행할 필요가 없으므로 환자와 의사의 귀중한 시간과 컴퓨팅 자원의 낭비를 방지하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, CT 촬영 중 피검체의 움직임 발생 여부는, 시각적인 정보 또는 소리 정보로 제공될 수 있다. 피검체 영상 분석을 통해 움직임이 발생되었다고 판단되었을 때, 장치는 화면상에 영상, 메시지를 표시하거나, 경고음을 발생할 수 있다. 이와 같은 알람 정보로써, 사용자는 CT 촬영 중 피검체의 움직임을 주관적인 판단에 의존하지 않고 객관적인 정보로써 판단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 스파이럴 CT 영상 획득 장치의 개략적인 구성을 보인다.
도 2는 도 1에 보인 스파이럴 CT 영상 획득 장치의 엑스선 프로젝션 데이터 획득을 설명하기 위한 개략도를 보인다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 스파이럴 CT 영상 획득 장치의 촬영부 이동 경로, 회전축에 수직한 평면, 방위각을 개략적으로 보인다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 스파이럴 CT 영상장치의 동작 순서를 보인다.
도 5는 본 발명에 따라 형성된 피검체 움직임 검출 영상으로 피검체의 움직임이 없다고 판단한 예시이다.
도 6은 촬영 중 피검체의 움직임 정도에 따른 영상 차이를 비교하여 보인다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 피검체 움직임 검출 영상 분석 결과의 일예를 보인다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 피검체 움직임 검출 영상 분석 결과를 보인다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 설명한다. 실시예를 통해 본 발명의 기술적 사상이 좀 더 명확하게 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 이하에 설명된 실시예에 한정되는 것이 아니라 그 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다.
도 1과 도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 스파이럴 CT 영상 획득 장치(100)는 촬영부(110), 제어부(120), 지지부(130) 및 영상처리부(140)를 포함하고, 디스플레이부(150)를 더 포함할 수 있다. 제어부(120)와 영상처리부(140)는 하나의 프로세서로써 구현될 수도 있고, 다수의 프로세서가 제어부(120)와 영상처리부(140)의 기능을 수행할 수도 있다. 비록 도면에 나타나지는 않았지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 스파이럴 CT 영상 획득 장치(100)는 사용자 입력부, 스파이럴 CT 영상 획득 장치(100)의 각 구성요소 간 또는 장치(100) 외부로 데이터, 신호를 전송하기 위한 통신부와 CT 영상 촬영 시퀀스, 다수 프레임의 엑스선 프로젝션 데이터, 피검체 움직임 검출 영상, CT 영상 등을 저장하기 위한 적어도 하나의 저장부를 포함한다. 또한, 스파이럴 CT 영상 획득 장치(100)는 피검체 움직임을 소리로 알리기 위한 음성장치를 더 포함할 수 있다.
촬영부(110)는 회전축을 중심으로 마주보며 회전하는 엑스선 디텍터(111), 엑스선 제너레이터(112), 엑스선 디텍터(111)와 엑스선 제너레이터(112)를 이동시키기 위한 이동부(도시하지 않음)을 포함한다. 지지부(130)는 수진자(OB) 지지대와 지지대를 이동시키기 위한 이동부(도시하지 않음)을 포함한다. 엑스선 디텍터(111)와 엑스선 제너레이터(112)의 회전 궤적이 X-Y 평면과 평행할 때, 지지부(130)는 Z축 방향, 회전축과 나란한 방향으로 수진자(OB)를 배치할 수 있다. CT 촬영중, 엑스선 디텍터(111) 및 엑스선 제너레이터(112)는 지지부(130)에 대해 Z축 방향으로 상대적으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 지지부(130)는 고정된 상태에서 엑스선 디텍터(111)와 엑스선 제너레이터(112)가 회전하면서 Z축 방향(회전축 방향)으로 이동하거나, 엑스선 디텍터(111)와 엑스선 제너레이터(112)가 고정된 위치에서 Z 축에 대해 회전하는 동안 지지부(130)가 Z축을 따라 이동하거나, 엑스선 디텍터(111)와 엑스선 제너레이터(112)가 회전하면서 Z 축을 따라 이동하는 동안 지지부(130)는 그 반대방향으로 Z축을 따라 이동할 수 있다.
촬영부(110)는 피검체의 관심영역에 대한 다수 프레임의 엑스선 프로젝션 데이터를 획득한다. 도 2에 도시된 것처럼 상기 엑스선 제너레이터(112)에서 조사되어 상기 엑스선 디텍터(111)에서 검출되는 엑스선 빔(114)는 팬빔(fan beam) 또는 콘빔(cone beam) 형태일 수 있다.
제어부(120)는 CT 촬영 시퀀스에 따라 상기 촬영부(110) 및 상기 지지부(130)의 동작을 제어하고, 영상 촬영 중, CT 영상 재구성 착수 전 또는 CT 영상 재구성 완료 전 영상처리부(140)에서 피검체 움직임 검출 영상을 생성하도록 한다. 제어부(120)는 피검체 움직임 검출 영상으로 피검체의 움직임 여부를 판단할 수 있고, 피검체 움직임 영상 분석결과를 생성할 수 있고, 피검체가 움직였다고 판단될 경우 촬영중단 신호를 발생할 수 있다. 촬영중단 신호는 피검체 움직임 검출 영상을 본 사용자에 의해 장치(100)에 입력될 수도 있다.
디스플레이부(150)는 CT 영상, 피검체 움직임 검출 영상, 피검체 움직임 분석결과 또는 움직임 알람 메시지를 디스플레이 할 수 있다.
촬영 중 엑스선 디텍터(111)를 통해 획득되는 다수 프레임의 엑스선 프로젝션 데이터는 영상처리부(140)로 전송된다. 영상처리부(140)는 다수 프레임의 엑스선 프로젝션 데이터 중 일부로써 피검체 움직임 검출 영상을 형성하고, CT 영상을 구성한다. CT 영상 재구성은 본 발명이 속하는 당업자에게 잘 알려진 공지의 사실이므로 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3을 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따른 스파이럴 CT 영상 획득 장치를 이용하여 피검체(O)의 한 예로서 수진자의 다리 일부분을 촬영하는 경우, 피검체 움직임 검출 영상(T20) 형성을 설명한다. 설명의 편의를 위해 피검체(O)의 길이방향을 Z축 방향이라 한다.
도 1과 도 3을 참고하면, CT 촬영 시퀀스에 따라 CT 영상을 획득할 때, 피검체(O)를 사이에 두고 대향 배치된 엑스선 제너레이터(112)와 엑스선 디텍터(111)는 Z축과 나란한 회전축을 중심으로 피검체(O)에 대해 나선형 궤적(10)을 그리며, 소정의 각도 간격마다 엑스선 프로젝션 데이터를 획득한다. 일 예로 1도 간격으로 엑스선 프로젝션 데이터를 획득할 경우, 엑스선 제너레이터(112)와 엑스선 디텍터(111)는 1회전당 360 프레임을 획득하게 된다. 상기 엑스선 제너레이터(112)와 엑스선 디텍터(111)는 360도 회전당 소정의 피치(pitch)로 Z축 방향으로 이동한다. 도면에서 상기 나선형 궤적(10)의 피치는 과장되게 표현되어 있으며, 실제의 피치는 엑스선 디텍터의 Z축 방향 유효 폭보다 작거나 같게 설정될 수 있다.
엑스선 프로젝션 데이터 획득시에는 각 프레임의 엑스선 프로젝션 데이터가 획득된 각도 및 위치의 정보, 예컨대 X-Y 평면상의 방위각(angle of direction)과 Z축상의 위치 정보도 함께 저장부(도시하지 않음)에 저장된다. 제어부(120)는 촬영부(110)가 엑스선 프로젝션 데이터를 획득하는 중, 엑스선 프로젝션 데이터 획득을 마치고 CT 영상 재구성 프로세스를 시작하기 전, 혹은 CT 영상 재구성 프로세스가 완료되기 전에, 영상처리부(140)가 다수 프레임의 엑스선 프로젝션 영상 중에서 엑스선 제너레이터(112)와 엑스선 디텍터(111)의 직선 이동 방향, 즉 본 실시예에서 피검체의 길이방향에 대한 일정 범위의 엑스선 프로젝션 데이터로써 피검체 움직임 검출영상(T20)을 형성한다. 일정 범위는 정해진 크기의 방위각 내가 될 수 있다. 본 실시예에서, X-Y 평면상의 방위각이 동일한 엑스선 프로젝션 데이터를 피검체의 길이방향을 따라 배열하여 피검체 움직임 검출 영상을 형성할 수 있다.
피검체 움직임 검출 영상(T20)은 다수의 X-Y 평면상에서, 바람직하게 연속하는 X-Y 평면 상에서, 방위각이 동일한 프로젝션 영상들(21, 22, 23, …)을 스티칭(stitching) 또는 시프트 앤 애드(Shift and Add) 방식으로 결합하여 형성한다. 스파이럴 CT 영상 획득 장치(100)의 나선형 궤적(10)의 피치가 엑스선 디텍터의 Z축 방향 유효 폭과 같을 경우, X-Y 평면상의 방위각이 동일한 엑스선 프로젝션 영상들을 피검체의 길이방향인 Z축 방향을 따라 스티칭해서 2차원의 피검체 움직임 검출 영상(T20)을 형성할 수 있다. 나선형 궤적(10)의 피치가 엑스선 디텍터의 Z축 방향 유효 폭보다 작을 경우, 영상처리부는 X-Y 평면상의 방위각이 동일한 엑스선 프로젝션 영상들을 Z축 방향으로 피치 길이만큼 시프트 앤 애드 함으로써, 소정의 단면이 상대적으로 강조된, 즉, 소정의 단면에 초점이 형성된 토모그래피(tomography)의 피검체 움직임 검출 영상(T20)을 구현할 수도 있다.
엑스선 프로젝션 데이터 획득 중, 즉 CT 촬영 중, 엑스선 제너레이터와 엑스선 디텍터의 Z 축 방향 이동을 따라 다수의 프로젝션 영상(21,22,23,…)이 순차적으로 더해지는 형태로 피검체 움직임 검출 영상(T20)이 디스플레이부(150) 표시될 수 있다. 프로젝션 데이터 획득을 마치고 CT 영상 재구성 프로세스를 시작하기 전에 상기 피검체 움직임 검출 영상(T20)이 화면에 표시될 때에는 상기 다수의 프로젝션 영상(21,22,23,…)이 모두 이어 붙여진 형태로 표시될 수도 있다.
이렇게, 본 발명에 따른 스파이럴 CT 영상 획득 장치는 CT 촬영 중에 매 회전마다, 일정한 간격(피치)을 두고, 획득된 다수 프레임의 엑스선 프로젝션 데이터 중에서 방위각이 동일한 엑스선 프로젝션 영상을 회전축 방향으로 스티칭 또는 시프트 앤 애드 해서 피검체 움직임 검출 영상(T20)을 구성할 수 있다.
만약 매 회전마다 X-Y 평면 상에서 동일 방위각의 엑스선 프로젝션 데이터를 얻을 수 없다면, X-Y 평면 상의 임의의 기준 방위각으로부터 소정의 각도 범위(±θ) 내의 다른 프로젝션 데이터를 활용하여 피검체 영상을 구성할 수도 있다. X-Y 평면 상의 방위각은 촬영 목적 부위에 따라 CT 촬영 시퀀스 시작 전에 미리 설정 또는 선택되도록 구성될 수도 있다. 이를 위해. 상기 디스플레이부(150)를 통해 GUI(Graphic User Interface)를 제공하여 X-Y 평면 상의 방위각을 지정하는 사용자 명령을 입력 받을 수 있다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따라, CT 촬영 시퀀스에 따라 프로젝션 데이터를 획득(s1)하고, X-Y 평면상의 동일 방위각 또는 X-Y 평면 상의 기준 방위각에 대해 일정 각도범위 내의 프로젝션 데이터로 피검체 움직임 검출 영상을 구성(s2) 하고, 피검체 영상을 이용하여 촬영중 피검체의 움직임 여부를 판단(s3)하거나 판단 결과를 입력받을 수 있다. 피검체 움직임 여부는 제어부(120)가 판단하거나 사용자로부터 판단 결과를 입력 받을 수 있다.
스파이럴 CT 영상 획득 장치의 제어부(120)는 소정의 판단 기준으로 상기 피검체 영상을 분석하여 피검체의 움직임 여부를 자동으로 판단할 수도 있다. 이 판단 기준은 미리 설정될 수도 있고, 인공지능의 학습을 통해 설정될 수도 있다. 피검체의 움직임 여부에 대한 사용자의 판단을 입력받기 위해, 장치(100)는 디스플레이부(150)에 피검체 영상을 표시할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 스파이럴 CT 영상 획득 장치(100)의 제어부(140)는 피검체의 가장자리(edge) 검출 알고리즘 등 소정의 영상 분석 알고리즘을 이용해서 피검체 영상 내 피검체 가장자리의 불연속 여부를 분석하고, 그 분석 결과를 피검체 영상과 함께 디스플레이부(150)에 제공하여 사용자의 판단을 보조할 수도 있다. 피검체 가장자리의 불연속이 있다고 판단되면, 제어부(120)가 촬영중단 신호를 발생할 수 있다. 피검체 움직임 여부 판단(s3) 결과 피검체가 움직임이었다고 판단되면(Y), 사용자의 선택에 따라 또는 제어부(120)의 결정에 따라, 촬영이 완료되지 않은 경우 CT 촬영을 중단하거나, CT 촬영이 완료된 경우 CT 영상 재구성 프로세스를 진행하지 않고, CT 촬영 시퀀스를 처음부터 다시 진행할 수 있다. 이를 통해 불필요한 시간과 컴퓨팅 자원의 낭비를 방지할 수 있다. 단계 S3에서 피검체가 움직이지 않았다고 판단되면(N), 중단없이 CT 영상을 촬영하거나 CT 영상 재구성(s4) 프로세스를 진행하게 된다.
도 5과 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 형성된 피검체 움직임 검출 영상들이다. 피검체에 대한 프로젝션 데이터 획득 과정 중에 피검체의 움직임이 없으면, 도 5의 피검체 움직임 검출 영상과 같이 피검체 움직임 검출 영상 내 피검체의 가장자리가 연속한다. CT 촬영 중 피검체가 움직인 경우, X-Y 평면 상 동일 방위각의 엑스선 프로젝션 영상 중에서도 움직임이 있기 전의 엑스선 프로젝션 영상, 움직임 중의 엑스선 프로젝션 영상, 움직임 후의 엑스선 프로젝션 영상에서의 피검체 위치가 서로 달라진다. 따라서 이들 엑스선 프로젝션 영상을 Z축 방향을 따라 중첩하여 피검체 움직임 검출 영상을 구현하면, 피검체의 가장자리가 연속하지 않고, 특이점이 나타나게 된다. 도 6의 피검체 움직임 검출 영상에서 A 부분을 보면, 화살표가 가리킨 부분을 경계로 피부 연조직 가장자리와 피검체 내부의 뼈의 가장자리가 불연속하여 특이점이 관찰된다. 이를 통해 피검체의 작은 움직임이 있었음을 확인할 수 있다. 또한, 도 6의 B 부분을 보면 역시 피검체 가장자리에 큰 단차가 발생하여 특이점이 쉽게 관찰된다. 이를 통해 피검체의 큰 움직임이 있었음을 알 수 있다. 이런 경우, CT 영상을 재구성하더라도 의미있는 CT 영상 결과물을 얻기 어려우므로, CT 영상 재구성을 중단하고 재촬영하는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 피검체 영상 분석 결과의 일예를 보인다.
본 발명의 한 실시예에 따라 제어부(120)는 피검체 움직임 검출 영상으로부터 피검체 가장자리의 벡터를 추출하고, 피검체 움직임 검출 영상을 이루는 프로젝션 영상들, 예로서 도 7에 보이는 띠 형태의 부분 영상(t21, t22, t23, …)들, 사이의 경계에서 상기 벡터가 급격히 변하는 부분을 검출하는 방법으로, 엑스선 제너레이터와 엑스선 디텍터가 Z축 상의 해당 위치(z1)를 지날 때에 피검체의 움직임이 있었음을 시각적으로, 정량적으로 나타낼 수 있다. 도 7의 예에 따르면, t22번과 t23번 부분 영상 사이의 경계에서 벡터의 급격한 변화가 관찰된다.
이러한 분석 결과는 CT 영상 촬영 중, 재구성 프로세스 전에, 혹은 적어도 완료 전에 디스플레이부(150)의 화면상에 제공될 수 있다. 피검체 영상 분석 단계에서, 상기 벡터의 변화량이 소정의 문턱값(Threshold)을 초과하면 CT 영상 획득 장치의 제어부(120)가 디스플레이부(150)를 통한 시각적 효과 또는 음성장치를 통한 소리로 사용자에게 재촬영 권장 의견을 제시하거나, 자동적으로 촬영 또는 CT 영상 재구성 프로세스를 중단하는 등의 방식으로 활용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 피검체 영상 분석 결과의 다른 예를 보인다.
피검체 영상(T20")에서 피검체의 윤곽선을 추출하고, 피검체 영상을 이루는 프로젝션 영상들, 즉 띠 형태 부분 영상(21, 22, 23, …)들 경계에서 피검체의 가장자리에 급격한 단차가 발생하는 부분을 검출하여, 피검체의 움직임을 정량적으로 나타낼 수 있다. 도 8의 예에서 22번과 23번 부분 영상에서 피검체 가장자리는 h 만큼의 단차가 관찰된다. 이는 엑스선 제너레이터와 엑스선 디텍터가 Z축상의 z1 위치를 지날 때, 단차 h를 유발할 정도의 피검체의 움직임이 있었던 것으로 해석될 수 있다. 단차 h가 소정의 범위를 벗어나면, 시각 또는 음성 알림으로 사용자에게 재촬영 권장 의견을 제시하거나, 촬영, 또는 CT 영상 재구성을 중단할 수 있다.
<부호의 설명>
10: 나선형 궤적
21, 22, 23: 프로젝션 영상
T20, T20', T20": 피검체 움직임 검출 영상
t21, t22, t23: 부분 영상
100: 스파이럴 CT 영상 획득 장치 110: 촬영부
111: 엑스선 디텍터 112: 엑스선 제너레이터
120: 제어부 130: 지지부
140: 영상처리부 150: 디스플레이부
본 발명은 CT(Computed Tomography) 영상 형성 장치 및 방법에 관한 것으로, 의료용 영상진단장치 분야에 이용될 수 있다.

Claims (9)

  1. 피검체를 사이에 두고 대향하는 엑스선 제너레이터와 엑스선 디텍터를 회전축을 중심으로 회전시키고 상기 회전축과 나란한 방향으로 직선 이동시키며 상기 피검체에 대한 엑스선 프로젝션 데이터를 획득하는 촬영부;
    상기 엑스선 프로젝션 데이터 중 상기 직선 이동방향을 따라 일정범위에 있는 엑스선 프로젝션 데이터로써 상기 피검체의 움직임 검출 영상을 형성하는 영상처리부; 및
    상기 피검체의 움직임 검출 영상으로 상기 피검체가 상기 엑스선 프로젝션 데이터 획득 중 움직였다고 판단되면, 상기 엑스선 프로젝션 데이터 획득을 중단하거나, 상기 엑스선 프로젝션 데이터를 이용한 CT 영상 재구성의 착수 또는 진행을 중단하는 제어부를 포함하는 스파이럴 CT 영상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 직선 이동방향을 따라 일정범위에 있는 엑스선 프로젝션 데이터는 상기 회전축에 수직한 평면의 일축을 기준으로 정해진 각도 내의 엑스선 프로젝션 데이터인 스파이럴 CT 영상 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 영상처리부는, 상기 회전축에 수직한 평면의 일축을 기준으로 방위각이 실질적으로 동일한 엑스선 프로젝션 데이터를 상기 회전축 방향으로 연결해서 상기 피검체 움직임 검출 영상을 형성하는 스파이럴 CT 영상 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 피검체 움직임 검출 영상으로 상기 피검체 가장자리의 불연속 여부로써 상기 피검체 움직임 여부를 판단하는 스파이럴 CT 영상 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 피검체 움직임 검출 영상을 디스플레이하는 디스플레이부; 및
    사용자로부터 상기 피검체가 상기 엑스선 프로젝션 데이터 획득 중 움직였다는 판단을 입력받는 사용자 입력부를 더 포함하는 스파이럴 CT 영상 장치.
  6. 피검체를 사이에 두고 대향하는 엑스선 제너레이터와 엑스선 디텍터를 회전축을 중심으로 회전시키고 상기 회전축과 나란한 방향으로 직선 이동시키며 상기 피검체에 대한 엑스선 프로젝션 데이터를 획득하는 제1단계;
    상기 엑스선 프로젝션 데이터 중 상기 직선 이동방향을 따라 일정범위에 있는 엑스선 프로젝션 데이터로써 상기 피검체의 움직임 검출 영상을 형성하는 제2단계; 및
    상기 피검체의 움직임 검출 영상으로 상기 피검체가 상기 엑스선 프로젝션 데이터 획득 중 움직였다고 판단되면, 상기 엑스선 프로젝션 데이터 획득을 중단하거나, 상기 엑스선 프로젝션 데이터를 이용한 CT 영상 재구성의 착수 또는 진행을 중단하는 제3단계를 포함하는, CT 영상 형성 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 직선 이동방향을 따라 일정범위에 있는 엑스선 프로젝션 데이터는 상기 회전축에 수직한 평면의 일축을 기준으로 정해진 각도 내의 엑스선 프로젝션 데이터인, CT 영상 형성 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2단계는, 상기 회전축에 수직한 평면의 일축을 기준으로 방위각이 실질적으로 동일한 엑스선 프로젝션 데이터를 상기 회전축 방향으로 연결해서 상기 피검체 움직임 검출 영상을 형성하는, CT 영상 형성 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제3단계에서, 상기 피검체 움직임 검출 영상으로 상기 피검체 가장자리의 불연속 여부로써 상기 피검체 움직임 여부를 판단하는, CT 영상 형성 방법.
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