KR101582093B1 - 단층 촬영 장치 및 그에 따른 단층 영상 복원 방법 - Google Patents

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Abstract

대상체를 단층 촬영하여 제1 시점에 대응되는 제1 영상을 획득하고 제2 시점에 대응되는 제2 영상을 획득하는 데이터 획득부, 상기 제1 영상 및 상기 제2 영상 간의 움직임 량에 근거하여 상기 대상체의 움직임 량과 시간의 관계를 나타내는 제1 정보를 획득하고, 상기 제1 정보에 근거하여 상기 제1 시점과 상기 제2 시점 사이의 제3 시점에 대응되는 제3 영상을 예측하며, 상기 예측된 제3 영상과 상기 제3 시점에 대응되는 측정 데이터를 이용하여 상기 제1 정보를 수정하고, 상기 수정된 제1 정보를 이용하여 상기 제3 영상을 복원하는 영상 복원부, 및 상기 복원된 제3 영상을 디스플레이하는 디스플레이 부를 포함하는 단층 촬영 장치가 개시된다.

Description

단층 촬영 장치 및 그에 따른 단층 영상 복원 방법{COMPUTER TOMOGRAPHY APPARATUS AND METHOD FOR RECONSTRUCING A COMPUTER TOMOGRAPHY IMAGE THEREOF}
본원 발명은 단층 촬영 장치 및 그에 따른 단층 영상 복원 방법에 관한 것이다.
구체적으로, 움직이는 대상체를 단층 촬영하여 단층 영상을 복원하는 단층 촬영 장치 및 그에 따른 단층 영상 복원 방법에 관한 것이다.
의료 영상 장치는 대상체의 내부 구조를 영상으로 획득하기 위한 장비이다. 의료 영상 처리 장치는 비침습 검사 장치로서, 신체 내의 구조적 세부사항, 내부 조직 및 유체의 흐름 등을 촬영 및 처리하여 사용자에게 보여준다. 의사 등의 사용자는 의료 영상 처리 장치에서 출력되는 의료 영상을 이용하여 환자의 건강 상태 및 질병을 진단할 수 있다.
환자에게 엑스레이를 조사하여 대상체를 촬영하기 위한 장치로는 대표적으로 단층 촬영(Tomography) 장치가 있다. 구체적으로, 단층 촬영 장치로는 컴퓨터 단층 촬영(CT: computed tomography)장치를 예로 들 수 있다.
의료 영상 처리 장치 중 컴퓨터 단층 촬영(CT) 장치는 대상체에 대한 단면 영상을 제공할 수 있고, 일반적인 엑스레이 장치에 비하여 대상체의 내부 구조(예컨대, 신장, 폐 등의 장기 등)가 겹치지 않게 표현할 수 있다는 장점이 있어서, 질병의 정밀한 진단을 위하여 널리 이용된다. 이하에서는 단층 촬영 장치에 의해서 획득된 의료 영상을 단층 영상이라 한다. 구체적으로, 단층 촬영 장치에 의해서 획득된 의료 영상을 CT 영상이라 한다.
단층 영상을 획득하기 위해서는, 단층 촬영 장치를 이용하여 대상체에 대한 단층 촬영을 수행하여, 로 데이터(raw data)를 획득한다. 그리고, 획득된 로 데이터를 이용하여 단층 영상을 복원(reconstruction)하게 된다. 여기서, 로 데이터는 엑스레이를 대상체로 조사(projection)하여 획득된 프로젝션 데이터(projection data) 또는 프로젝션 데이터의 집합인 사이노그램(sinogram)이 될 수 있다.
예를 들어, CT 영상을 획득하기 위해서는 CT 촬영으로 획득된 사이노그램을 이용하여 영상 재구성의 동작을 수행하여야 한다. CT 영상의 복원 동작은 이하에서 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 CT 영상 촬영 및 복원 동작을 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 도 1의 (a)는 대상체(25)를 중심으로 회전하며 CT 촬영을 수행하고, 그에 대응되는 로 데이터를 획득하는 컴퓨터 단층 촬영 장치의 CT 촬영 동작을 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 1의 (b)는 CT 촬영에 의해서 획득된 사이노그램 및 복원 CT 영상을 설명하기 위한 도면이다.
컴퓨터 단층 촬영 장치는 엑스레이(X-ray)를 생성하여 대상체로 조사하고, 대상체를 통과한 엑스레이를 엑스레이 검출부(detector)(미도시)에서 감지한다. 그리고 엑스레이 검출부(미도시)는 감지된 엑스레이에 대응되는 로 데이터를 생성한다.
구체적으로, 도 1의 (a)를 참조하면, 컴퓨터 단층 촬영 장치에 포함되는 X-ray 생성부(20)는 대상체(25)로 엑스레이를 조사한다. 컴퓨터 단층 촬영 장치가 CT 촬영을 하는데 있어서, X-ray 생성부(20)는 대상체를 중심으로 회전하며, 회전된 각도에 대응되는 복수개의 로 데이터(30, 31, 32)를 획득한다. 구체적으로, P1 위치에서 대상체로 인가된 엑스레이를 감지하여 제1 로 데이터(30)를 획득하고, P2 위치에서 대상체로 인가된 스레이를 감지하여 제2 로 데이터(31)를 획득한다. 그리고, P3 위치에서 대상체로 인가된 엑스레이를 감지하여 제3 로 데이터(P3)를 획득한다. 여기서, 로 데이터는 프로젝션 데이터(projection data)가 될 수 있다.
하나의 단면 CT 영상을 생성하기 위해서는 X-ray 생성부(20)가 최소 180 도 이상 회전하며 CT 촬영을 수행하여야 한다.
도 1의 (b)를 참조하면, 도 1의 (a)에서 설명한 바와 같이 X-ray 생성부(20)를 소정의 각도 간격마다 이동시켜가며 획득된 복수개의 프로젝션 데이터(31, 31, 32)를 조합하여 하나의 사이노그램(sinogram)(40)을 획득할 수 있다. 사이노그램(40)은 X-ray 생성부(20)가 한주기 회전하며 CT 촬영을 하여 획득된 사이노그램으로, 한주기 회전에 대응되는 사이노그램(40)은 하나의 단면 CT 영상의 생성에 이용될 수 있다. 한주기 회전은 CT 시스템의 사양에 따라서 대략 반바퀴 이상 또는 한바퀴 이상이 될 수 있다.
그리고, 사이노그램(40)을 역투영(back-projection)하여 CT 영상(50)을 복원한다.
일반적으로, X-ray 생성부(20)가 반바퀴 회전하는데 0.2 초 전후의 시간이 소요된다.
CT 촬영의 대상이 되는 대상체가 빠르게 움직이는 경우, 한주기 동안에도 대상체의 움직임이 발생하게 되며, 이러한 대상체의 움직임으로 인하여, CT 영상을 복원(reconstruction)하는데 있어서 움직임 아티펙트(motion artifact)가 발생하게 된다.
또한, 복수개의 단면 CT 영상을 이용하여 3차원 CT 영상을 재구성할 수 있다. 따라서, 3차원 CT 영상을 재구성하는데 있어서 필요한 로 데이터(raw data)를 획득하는 동안에는 대상체의 움직임이 더욱 많이 발생하게 된다.
움직임 아티팩트가 발생하면, 복원된 CT 영상에서 대상체의 경계가 블러링(blurring)되어 표시되거나, 영상이 불명확하게 복원될 수 있다. 따라서, CT 영상 내의 움직임 아티펙트는 CT 영상의 화질을 저하시켜 의사 등의 사용자가 영상을 판독하여 질병을 진단하는데 있어서, 판독 및 진단의 정확성을 저하시킨다.
따라서, 움직이는 대상체를 CT 촬영하는 경우, 움직임 아티펙트가 최소화된 CT 영상을 복원하는 것이 무엇보다 중요하다.
본원 발명은 복원된 단층 영상 내에 발생할 수 있는 움직임 아티펙트를 감소시킬 수 있는 단층 촬영 장치 및 그에 따른 단층 영상 복원 방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단층 촬영 장치는 대상체를 단층 촬영하여 제1 시점에 대응되는 제1 영상을 획득하고 제2 시점에 대응되는 제2 영상을 획득하는 데이터 획득부, 상기 제1 영상 및 상기 제2 영상 간의 움직임 량에 근거하여 상기 대상체의 움직임 량과 시간의 관계를 나타내는 제1 정보를 획득하고, 상기 제1 정보에 근거하여 상기 제1 시점과 상기 제2 시점 사이의 제3 시점에 대응되는 제3 영상을 예측하며, 상기 예측된 제3 영상과 상기 제3 시점에 대응되는 측정 데이터를 이용하여 상기 제1 정보를 수정하고, 상기 수정된 제1 정보를 이용하여 상기 제3 시점에 대응되는 최종 제3 영상을 복원하는 영상 복원부, 및 상기 복원된 제3 영상을 디스플레이하는 디스플레이 부를 포함한다.
또한, 상기 제1 정보는 상기 제1 영상과 상기 제2 영상 간의 움직임 벡터장(Motion Vector Field)에 대응되는 상기 대상체의 움직임 량과 시간 간의 관계를 나타내는 정보가 될 수 있다.
또한, 상기 영상 복원부는 상기 예측된 제3 영상을 순방향 투영(forward projection)하여 획득한 예측 데이터와 상기 측정 데이터에 근거하여, 상기 제1 정보를 수정할 수 있다.
또한, 상기 영상 복원부는 상기 예측 데이터와 상기 측정 데이터를 비교하고, 상기 예측 데이터와 상기 측정 데이터의 차이가 작아지도록 상기 제1 정보를 수정할 수 있다.
또한, 상기 영상 복원부는 상기 예측된 제3 영상을 순방향 투영(forward projection)하여 획득한 예측 사이노그램과 상기 제3 시점에 대응되는 시간 구간에서 대상체를 투과한 엑스레이를 감지하여 획득된 측정 사이노그램을 비교하고, 상기 예측 사이노그램과 상기 측정 사이노그램의 차이가 작아지도록 상기 제1 정보를 수정할 수 있다.
또한, 상기 영상 복원부는 상기 제3 시점에서 획득된 측정 데이터를 역투영(back-projection) 하여 생성된 제4 영상과 상기 예측된 제3 영상을 비교하고, 상기 예측된 제3 영상과 상기 제4 영상의 차이가 작아지도록 상기 제1 정보를 수정할 수 있다.
또한, 상기 영상 복원부는 상기 제1 시점에서 상기 제2 시점으로 제1 시간 간격만큼 이동하며, 상기 이동된 시점을 상기 제3 시점으로 하여, 상기 제3 시점에서 상기 제1 정보를 수정할 수 있다.
또한, 상기 영상 복원부는 상기 제2 시점에서 상기 제1 시점으로 제1 시간 간격만큼 이동하며, 상기 이동된 시점을 상기 제3 시점으로 하여, 상기 제3 시점에서 상기 제1 정보를 수정할 수 있다.
또한, 상기 영상 복원부는 상기 제1 시점에서 상기 제2 시점으로 제1 시간 간격만큼 이동하며, 상기 이동된 시점에서 상기 제1 정보를 수정하여 제2 정보를 획득하며, 상기 제2 시점에서 상기 제1 시점으로 상기 제1 시간 간격만큼 이동하며, 상기 이동된 시점에서 상기 제1 정보를 수정하여 제3 정보를 획득하며, 상기 제2 정보와 상기 제3 정보에 근거하여 상기 수정된 제1 정보를 생성할 수 있다.
또한, 상기 영상 복원부는 상기 상기 수정된 제1 정보에 근거하여, 상기 대상체를 나타내는 복셀의 중심을 와핑(warping)하고 상기 와핑된 복셀의 위치를 기준으로 역투영 동작을 수행하여 상기 최종 제3 영상을 복원할 수 있다.
또한, 상기 데이터 획득부는 소정 시간 구간 내에서 상기 대상체의 움직임이 최소화되는 두 개의 시점을 상기 제1 시점 및 상기 제2 시점으로 선택할 수 있다.
또한, 상기 데이터 획득부는 상기 소정 시간 구간 내에서 제2 시간 간격마다 영상을 재구성하며, 일 시점에서 재구성된 영상과 상기 일 시점에 인접한 다른 시점에서 재구성된 영상 간의 차이를 측정하고, 상기 측정된 차이에 근거하여 상기 대상체의 움직임이 최소화되는 두 개의 시점을 상기 제1 시점 및 상기 제2 시점으로 선택할 수 있다.
또한, 상기 데이터 획득부는 상기 소정 시간 구간 내에서 제2 시간 간격마다 프로젝션 데이터를 획득하며, 일 시점에서 획득된 프로젝션 데이터와 상기 일 시점에 인접한 다른 시점에서 획득된 프로젝션 데이터 간의 차이를 측정하고, 상기 측정된 차이에 근거하여 상기 대상체의 움직임이 최소화되는 두 개의 시점을 상기 제1 시점 및 상기 제2 시점으로 선택할 수 있다.
또한, 상기 디스플레이부는 상기 제1 시점 및 상기 제2 시점을 선택하기 위한 사용자 인터페이스 화면을 디스플레이할 수 있다.
또한, 상기 디스플레이부는 상기 제1 시점 내지 상기 제2 시점 사이에서 상기 제3 시점을 선택하기 위한 사용자 인터페이스 화면을 디스플레이할 수 있다.
또한, 상기 영상 복원부는 상기 수정된 제1 정보를 이용하여, 상기 제1 시점에서 상기 제2 시점 사이의 복수개의 시점들 각각에 대응되는 복수개의 영상을 복원할 수 있다.
또한, 상기 디스플레이부는 상기 복수개의 영상들 포함하는 화면을 디스플레이할 수 있다.
또한, 상기 영상 복원부는 상기 복수개의 영상들을 이용하여 동영상을 생성할 수 있다.
또한, 상기 디스플레이부는 상기 동영상 재생하기 위한 사용자 인터페이스 화면을 디스플레이할 수 있다.
또한, 상기 영상 복원부는 상기 수정된 제1 정보를 이용하여 상기 제1 영상 및 상기 제2 영상의 움직임 보정을 수행하고, 상기 움직임 보정된 제1 영상 및 제2 영상을 이용하여 상기 제1 정보를 획득할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단층 영상 복원 방법은 대상체를 단층 촬영하여 제1 시점에 대응되는 제1 영상을 획득하고 제2 시점에 대응되는 제2 영상을 획득하는 단계, 상기 제1 영상 및 상기 제2 영상 간의 움직임 량에 근거하여 상기 대상체의 움직임 량과 시간의 관계를 나타내는 제1 정보를 획득하고, 상기 제1 정보에 근거하여 상기 제1 시점과 상기 제2 시점 사이의 제3 시점에 대응되는 제3 영상을 예측하며, 상기 예측된 제3 영상과 상기 제3 시점에서 획득된 측정 데이터를 이용하여 상기 제1 정보를 수정하는 단계, 및 상기 수정된 제1 정보를 이용하여 상기 제3 시점에 대응되는 최종 제3 영상을 복원하는 단계를 포함한다.
도 1은 CT 영상 촬영 및 복원 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일반적인 단층 시스템(100)의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단층 시스템(100)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 통신부의 구성을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단층 촬영 장치를 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단층 촬영 장치를 나타내는 블록도이다.
도 7은 절반 복원(half reconstruction)에 따른 단층 영상의 복원을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 단층 촬영에 적용되는 스캔 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 대상체로 방출되는 엑스레이의 빔 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 단층 촬영 장치의 동작을 설명하기 위한 일 도면이다.
도 11은 제1 영상 및 제2 영상 복원을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 대상체의 움직임을 측정하여 제1 정보를 획득하는 동작을 설명하기 위한 일 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 단층 촬영 장치의 동작을 설명하기 위한 다른 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 단층 촬영 장치의 동작을 설명하기 위한 다른 도면이다.
도 15는 대상체의 움직임 변화를 설명하기 위한 일 도면이다.
도 16은 제1 정보의 수정을 설명하기 위한 일 도면이다.
도 17은 제1 정보의 수정을 설명하기 위한 일 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 단층 촬영 장치의 단층 영상 복원 동작을 설명하기 위한 일 도면이다.
도 19는 절반 복원 방식에 따른 단층 영상 복원 동작을 설명하기 위한 일 도면이다.
도 20은 절반 복원 방식에 따른 단층 영상 복원 동작을 설명하기 위한 다른 도면이다.
도 21는 움직임 보정된 단층 영상을 복원하는 동작을 설명하기 위한 일 도면이다.
도 22는 단층 영상을 복원하기 위해서 이용되는 와핑 동작을 설명하기 위한 일 도면이다.
도 23은 단층 영상을 복원하기 위해서 이용되는 와핑 동작을 설명하기 위한 다른 도면이다.
도 24는 단층 영상을 복원하기 위해서 이용되는 와핑 동작을 설명하기 위한 다른 도면이다.
도 25는 본 발명의 실시예에 따른 단층 촬영 장치에서 디스플레이되는 화면을 나타내는 일 도면이다.
도 26은 본 발명의 실시예에 따른 단층 촬영 장치에서 디스플레이되는 화면을 나타내는 다른 도면이다.
도 27은 본 발명의 실시예에 따른 단층 촬영 장치에서 디스플레이되는 화면을 나타내는 다른 도면이다.
도 28은 복원된 단층 영상 내에 존재하는 움직임 아티팩트를 설명하기 위한 일 도면이다.
도 29는 복원된 단층 영상 내에 존재하는 움직임 아티팩트를 설명하기 위한 다른 도면이다.
도 30은 본 발명의 일 실시예에 따른 단층 영상 복원 방법을 나타내는 플로우차트이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.
본 명세서에서 "영상"은 이산적인 영상 요소들(예를 들어, 2차원 영상에 있어서의 픽셀들 및 3차원 영상에 있어서의 복셀들)로 구성된 다차원(multi-dimensional) 데이터를 의미할 수 있다. 예를 들어, 영상은 단층 촬영 장치에 의해 획득된 대상체의 의료 영상 등을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 "CT(Computed Tomography) 영상"란 대상체에 대한 적어도 하나의 축을 중심으로 회전하며 대상체를 촬영함으로써 획득된 복수개의 엑스레이 영상들의 합성 영상을 의미할 수 있다.
본 명세서에서 "대상체(object)"는 사람 또는 동물, 또는 사람 또는 동물의 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체는 간, 심장, 자궁, 뇌, 유방, 복부 등의 장기, 또는 혈관을 포함할 수 있다. 또한, "대상체"는 팬텀(phantom)을 포함할 수도 있다. 팬텀은 생물의 밀도와 실효 원자 번호에 아주 근사한 부피를 갖는 물질을 의미하는 것으로, 신체와 유사한 성질을 갖는 구형(sphere)의 팬텀을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 "사용자"는 의료 전문가로서 의사, 간호사, 임상 병리사, 의료 영상 전문가 등이 될 수 있으며, 의료 장치를 수리하는 기술자가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
단층 시스템은 대상체에 대하여 단면 영상을 제공할 수 있으므로, 일반적인 X-ray 촬영 기기에 비하여 대상체의 내부 구조(예컨대, 신장, 폐 등의 장기 등)가 겹치지 않게 표현할 수 있다는 장점이 있다.
단층 시스템은, 예를 들어, 2mm 두께 이하의 영상데이터를 초당 수십, 수백 회 획득하여 가공함으로써 대상체에 대하여 비교적 정확한 단면 영상을 제공할 수 있다. 종래에는 대상체의 가로 단면만으로 표현된다는 문제점이 있었지만, 다음과 같은 여러 가지 영상 재구성 기법의 등장에 의하여 극복되었다. 3차원 재구성 영상기법들로는 다음과 같은 기법들이 있다.
- SSD(Shade surface display): 초기 3차원 영상기법으로 일정 HU값을 가지는 복셀들만 나타내도록 하는 기법.
- MIP(maximum intensity projection)/MinIP(minimum intensity projection): 영상을 구성하는 복셀 중에서 가장 높은 또는 낮은 HU값을 가지는 것들만 나타내는 3D 기법.
- VR(volume rendering): 영상을 구성하는 복셀들을 관심영역별로 색 및 투과도를 조절할 수 있는 기법.
- 가상내시경(Virtual endoscopy): VR 또는 SSD 기법으로 재구성한 3차원 영상에서 내시경적 관찰이 가능한 기법.
- MPR(multi planar reformation): 다른 단면 영상으로 재구성하는 영상 기법. 사용자가 원하는 방향으로의 자유자제의 재구성이 가능하다.
- Editing: VR에서 관심부위를 보다 쉽게 관찰하도록 주변 복셀들을 정리하는 여러 가지 기법.
- VOI(voxel of interest): 선택 영역만을 VR로 표현하는 기법.
본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층촬영(CT) 시스템(100)은 첨부된 도 2를 참조하여 설명될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 CT 시스템(100)은 다양한 형태의 장치들을 포함할 수 있다.
도 2은 일반적인 CT 시스템(100)의 개략도이다. 도 2을 참조하면, CT 시스템(100)은 갠트리(102), 테이블(105), X-ray 생성부(106) 및 X-ray 검출부(108)를 포함할 수 있다.
갠트리(102)는 X-ray 생성부(106) 및 X-ray 검출부(108)를 포함할 수 있다.
대상체(10)는 테이블(105) 상에 위치될 수 있다.
테이블(105)은 CT 촬영 과정에서 소정의 방향(예컨대, 상, 하, 좌, 우 중 적어도 한 방향)으로 이동할 수 있다. 또한, 테이블(105)은 소정의 방향으로 소정의 각도만큼 기울어질 수 있거나(tilting) 또는 회전(rotating)될 수 있다.
또한, 갠트리(102)도 소정의 방향으로 소정의 각도만큼 기울어질 수 있다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 CT 시스템(100)의 구조를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 CT 시스템(100)은 갠트리(102), 테이블(105), 제어부(118), 저장부(124), 영상 처리부(126), 입력부(128), 디스플레이부(130), 통신부(132)를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 대상체(10)는 테이블(105) 상에 위치할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 테이블(105)은 소정의 방향(예컨대, 상, 하, 좌, 우 중 적어도 한 방향)으로 이동 가능하고, 제어부(118)에 의하여 움직임이 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 갠트리(102)는 회전 프레임(104), X-ray 생성부(106), X-ray 검출부(108), 회전 구동부(110), 데이터 획득 회로(116), 데이터 송신부(120)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 갠트리(102)는 소정의 회전축(RA; Rotation Axis)에 기초하여 회전 가능한 고리 형태의 회전 프레임(104)을 포함할 수 있다. 또한, 회전 프레임(104)은 디스크의 형태일 수도 있다.
회전 프레임(104)은 소정의 시야 범위(FOV; Field Of View)를 갖도록 각각 대향하여 배치된 X-ray 생성부(106) 및 X-ray 검출부(108)를 포함할 수 있다. 또한, 회전 프레임(104)은 산란 방지 격자(anti-scatter grid, 114)를 포함할 수 있다. 산란 방지 격자(114)는 X-ray 생성부(106)와 X-ray 검출부(108)의 사이에서 위치할 수 있다. 도 3에서는, 회전 프레임(104)이 하나의 X-ray 생성부(106)를 포함하는 경우를 경우를 예로 들어 도시하였으나, 회전 프레임(104)는 복수개의 X-ray 생성부를 포함할 수 있다. 또한, 회전 프레임(104)는 복수개의 X-ray 생성부를 포함하는 경우, 회전 프레임(104)은 복수개의 X-ray 생성부에 대응되는 복수개의 X-ray 검출부를 포함한다. 구체적으로, 하나의 X-ray 생성부(106)가 하나의 엑스레이 소스(X-ray source)가 된다. 예를 들어, 회전 프레임(104)이 두 개의 X-ray 생성부(106)를 포함하는 경우, 듀얼 소스(dual source)를 포함한다고 할 수 있다. 이하에서는, 회전 프레임(104)이 하나의 X-ray 생성부(106)를 포함하는 경우, 회전 프레임(104) 내에 포함되는 하나의 X-ray 생성부(106)를 '단일 소스'라 하며, 회전 프레임(104)이 두개의 X-ray 생성부(미도시)를 포함하는 경우, 회전 프레임(104) 내에 포함되는 두 개의 X-ray 생성부(미도시)를 '듀얼 소스'라 칭하겠다. 또한, 듀얼 소스를 형성하는 두 개의 X-ray 생성부에 있어서, 하나의 X-ray 생성부는 제1 소스라 하고, 다른 하나의 X-ray 생성부를 제2 소스라 칭하겠다. 또한, 회전 프레임(104) 내에 하나의 X-ray 생성부(106)가 포함되는 경우의 단층 촬영 시스템(100)을 '단일 소스 단층 촬영 장치'라 칭하고, 회전 프레임(104) 내에 두 개의 X-ray 생성부가 포함되는 경우의 단층 촬영 시스템(100)을 '듀얼 소스 단층 촬영 장치'라 칭하겠다. 의료용 영상 시스템에 있어서, 검출기(또는 감광성 필름)에 도달하는 X-선 방사선에는, 유용한 영상을 형성하는 감쇠된 주 방사선 (attenuated primary radiation) 뿐만 아니라 영상의 품질을 떨어뜨리는 산란 방사선(scattered radiation) 등이 포함되어 있다. 주 방사선은 대부분 투과시키고 산란 방사선은 감쇠시키기 위해, 환자와 검출기(또는 감광성 필름)와의 사이에 산란 방지 격자를 위치시킬 수 있다.
예를 들어, 산란 방지 격자는, 납 박편의 스트립(strips of lead foil)과, 중공이 없는 폴리머 물질(solid polymer material)이나 중공이 없는 폴리머(solid polymer) 및 섬유 합성 물질(fiber composite material) 등의 공간 충전 물질(interspace material)을 교대로 적층한 형태로 구성될 수 있다. 그러나, 산란 방지 격자의 형태는 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
회전 프레임(104)은 회전 구동부(110)로부터 구동 신호를 수신하고, X-ray 생성부(106)와 X-ray 검출부(108)를 소정의 회전 속도로 회전시킬 수 있다. 회전 프레임(104)은 슬립 링(미도시)을 통하여 접촉 방식으로 회전 구동부(110)로부터 구동 신호, 파워를 수신할 수 있다. 또한, 회전 프레임(104)은 무선 통신을 통하여 회전 구동부(110)로부터 구동 신호, 파워를 수신할 수 있다.
X-ray 생성부(106)는 파워 분배부(PDU; Power Distribution Unit, 미도시)에서 슬립 링(미도시)을 거쳐 고전압 생성부(미도시)를 통하여 전압, 전류를 인가 받아 X선을 생성하여 방출할 수 있다. 고전압 생성부가 소정의 전압(이하에서 튜브 전압으로 지칭함)을 인가할 때, X-ray 생성부(106)는 이러한 소정의 튜브 전압에 상응하게 복수의 에너지 스펙트럼을 갖는 X-ray들을 생성할 수 있다.
X-ray 생성부(106)에 의하여 생성되는 X-ray는, 콜리메이터(collimator, 112)에 의하여 소정의 형태로 방출될 수 있다.
X-ray 검출부(108)는 X-ray 생성부(106)와 마주하여 위치할 수 있다. X-ray 검출부(108)는 복수의 X-ray 검출 소자들을 포함할 수 있다. 단일 엑스레이 검출 소자는 단일 채널을 형성할 수 있지만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
X-ray 검출부(108)는 X-ray 생성부(106)로부터 생성되고 대상체(10)를 통하여 전송된 엑스레이를 감지하고, 감지된 X선의 강도에 상응하게 전기 신호를 생성할 수 있다.
X-ray 검출부(108)는 방사선을 광으로 전환하여 검출하는 간접방식과 방사선을 직접 전하로 변환하여 검출하는 직접방식 검출기를 포함할 수 있다. 간접방식의 X-ray 검출부는 Scintillator를 사용할 수 있다. 또한, 직접방식의 X-ray 검출부는 photon counting detector를 사용할 수 있다. 데이터 획득 회로(DAS; Data Acquisitino System)(116)는 X-ray 검출부(108)와 연결될 수 있다. X-ray 검출부(108)에 의하여 생성된 전기 신호는 DAS(116)에서 수집될 수 있다. X-ray 검출부(108)에 의하여 생성된 전기 신호는 유선 또는 무선으로 DAS(116)에서 수집될 수 있다. 또한, X-ray 검출부(108)에 의하여 생성된 전기 신호는 증폭기(미도시)를 거쳐 아날로그/디지털 컨버터(미도시)로 제공될 수 있다.
슬라이스 두께(slice thickness)나 슬라이스 개수에 따라 X-ray 검출부(108)로부터 수집된 일부 데이터만이 영상 처리부(126)에 제공될 수 있고, 또는 영상 처리부(126)에서 일부 데이터만을 선택할 수 있다.
이러한 디지털 신호는 데이터 송신부(120)를 통하여 영상 처리부(126)로 제공될 수 있다. 이러한 디지털 신호는 데이터 송신부(120)를 통하여 유선 또는 무선으로 영상 처리부(126)로 송신될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(118)는 CT 시스템(100)의 각각의 모듈의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(118)는 테이블(105), 회전 구동부(110), 콜리메이터(112), DAS(116), 저장부(124), 영상 처리부(126), 입력부(128), 디스플레이부(130), 통신부(132) 등의 동작들을 제어할 수 있다.
영상 처리부(126)는 DAS(116)로부터 획득된 데이터(예컨대, 가공 전 순수(pure) 데이터)를 데이터 송신부(120)를 통하여 수신하여, 전처리(pre-processing)하는 과정을 수행할 수 있다.
전처리는, 예를 들면, 채널들 사이의 감도 불균일 정정 프로세스, 신호 세기의 급격한 감소 또는 금속 같은 X선 흡수재로 인한 신호의 유실 정정 프로세스 등을 포함할 수 있다.
영상 처리부(126)의 출력 데이터는 로 데이터(raw data) 또는 프로젝션(projection) 데이터로 지칭될 수 있다. 이러한 프로젝션 데이터는 데이터 획득시의 촬영 조건(예컨대, 튜브 전압, 촬영 각도 등)등과 함께 저장부(124)에 저장될 수 있다.
프로젝션 데이터는 대상체를 통과한 X선의 세기에 상응하는 데이터 값의 집합일 수 있다. 설명의 편의를 위해, 모든 채널들에 대하여 동일한 촬영 각도로 동시에 획득된 프로젝션 데이터의 집합을 프로젝션 데이터 세트로 지칭한다.
저장부(124)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(SD, XD 메모리 등), 램(RAM; Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM; Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory) 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
또한, 영상 처리부(126)는 획득된 프로젝션 데이터 세트를 이용하여 대상체에 대한 단면 영상을 재구성할 수 있다. 이러한 단면 영상은 3차원 영상일 수 있다. 다시 말해서, 영상 처리부(126)는 획득된 프로젝션 데이터 세트에 기초하여 콘 빔 재구성(cone beam reconstruction) 방법 등을 이용하여 대상체에 대한 3차원 영상을 생성할 수 있다.
입력부(128)를 통하여 X선 단층 촬영 조건, 영상 처리 조건 등에 대한 외부 입력이 수신될 수 있다. 예를 들면, X선 단층 촬영 조건은, 복수의 튜브 전압, 복수의 X선들의 에너지 값 설정, 촬영 프로토콜 선택, 영상재구성 방법 선택, FOV 영역 설정, 슬라이스 개수, 슬라이스 두께(slice thickness), 영상 후처리 파라미터 설정 등을 포함할 수 있다. 또한 영상 처리 조건은 영상의 해상도, 영상에 대한 감쇠 계수 설정, 영상의 조합비율 설정 등을 포함할 수 있다.
입력부(128)는 외부로부터 소정의 입력을 인가 받기 위한 디바이스 등을 포함할 수 있다. 예컨대, 입력부(128)는 마이크로폰, 키보드, 마우스, 조이스틱, 터치 패드, 터치팬, 음성, 제스처 인식장치 등을 포함할 수 있다.
디스플레이부(130)는 영상 처리부(126)에 의해 재구성된 X선 촬영 영상을 디스플레이 할 수 있다.
전술한 엘리먼트들 사이의 데이터, 파워 등의 송수신은 유선, 무선 및 광통신 중 적어도 하나를 이용하여 수행될 수 있다.
통신부(132)는 서버(134) 등을 통하여 외부 디바이스, 외부 의료 장치 등과의 통신을 수행할 수 있다. 이와 관련하여서는 도 4를 참조하여 후술한다.
도 4는 통신부의 구성을 도시하는 도면이다.
통신부(132)는, 유선 또는 무선으로 네트워크(301)와 연결되어 서버(134), 외부 의료 장치(136) 또는 휴대용 장치(138) 등과 같은 외부 디바이스와의 통신을 수행할 수 있다. 통신부(132)는 의료 영상 정보 시스템(PACS, Picture Archiving and Communication System)을 통해 연결된 병원 서버나 병원 내의 다른 의료 장치와 데이터를 주고받을 수 있다.
또한, 통신부(132)는 의료용 디지털 영상 및 통신(DICOM, Digital Imaging and Communications in Medicine) 표준에 따라 외부 디바이스 등과 데이터 통신을 수행할 수 있다.
통신부(132)는 네트워크(301)를 통해 대상체의 진단과 관련된 데이터를 송수신할 수 있다. 또한 통신부(132)는 MRI 장치, X-ray 장치 등 다른 의료 기기(136)에서 획득된 의료 영상 등을 송수신할 수 있다.
나아가, 통신부(132)는 서버(134)로부터 환자의 진단 이력이나 치료 일정 등을 수신하여 환자의 임상적 진단 등에 활용할 수도 있다. 또한, 통신부(132)는 병원 내의 서버(134)나 의료 장치(136)뿐만 아니라, 사용자나 환자의 휴대용 장치(138) 등과 데이터 통신을 수행할 수도 있다.
또한 장비의 이상유무 및 품질 관리현황 정보를 네트워크를 통해 시스템 관리자나 서비스 담당자에게 송신하고 그에 대한 feedback을 수신할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단층 촬영 장치를 나타내는 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단층 촬영 장치(500)는 데이터 획득부(510), 및 영상 복원부(520)를 포함한다. 또한, 단층 촬영 장치(500)는 디스플레이부(530)를 더 포함할 수 있다.
단층 촬영 장치(500)는 도 3 및 도 4에서 설명한 CT 시스템(100) 내에 포함될 수 있다. 또한, 단층 촬영 장치(500)는 도 4에서 설명한 의료 장치(136) 또는 휴대용 장치(138) 내에 포함되어, CT 시스템(100)과 연결되어 동작할 수 도 있다. 구체적으로, 단층 촬영 장치(500)는 대상체를 투과한 광선을 이용하여 획득된 데이터를 이용하여 영상을 복원하는 모든 의료 영상 장치가 될 수 있다. 즉, 단층 촬영 장치(500)는 대상체를 투과한 광선을 이용하여 획득된 프로젝션 데이터(projection data)를 이용하여 영상을 복원하는 모든 의료 영상 장치가 될 수 있다. 구체적으로, 단층 촬영 장치(500)는 CT(computed Tomography) 장치, OCT(Optical Coherenc Tomography), 또는 PET(positron emission tomography)-CT 장치 등이 될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 단층 촬영 장치(500)에서 획득되는 단층 영상은 CT 영상, OCT 영상, PET 영상 등이 될 수 있다. 이하에서 참조된 도면에서는 단층 영상으로 CT 영상을 예로 들어 첨부하였다. 또한, 단층 촬영 장치(500)가 도 2 또는 도 3에서 설명한 단층 촬영 시스템(100)에 포함되는 경우, 도 5에 도시된 데이터 획득부(510) 및 영상 복원부(520)는 도 3의 영상 처리부(126) 또는 제어부(118)에 포함될 수 있다. 또한, 디스플레이부(530)는 도 3에 도시된 디스플레이부(130)에 대응될 수 있다. 따라서, 단층 촬영 장치(500)에 있어서, 도 2 및 도 3에서와 중복되는 설명은 생략한다.
데이터 획득부(510)는 대상체를 단층 촬영하여, 제1 시점에 대응되는 제1 영상을 획득하고 제2 시점에 대응되는 제2 영상을 획득한다. 구체적으로, 데이터 획득부(510)는 로 데이터(raw data)를 전송받고, 로 데이터를 이용하여 제1 시점에 대응되는 제1 영상을 재구성(reconstruction)하고, 제2 시점에 대응되는 제2 영상을 재구성할 수 있다. 여기서, 제1 영상 및 제2 영상은 2차원 단층 영상 또는 3차원 단층 영상이 될 수 있다.
대상체는 소정 장기를 포함할 수 있다. 구체적으로, 대상체는 심장, 복부, 자궁, 뇌, 유방 및 간 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체는 표면(surface)에 의해 표현되는 심장을 포함할 수 있다. 여기서, 심장은 소정 영역 내 서로 다른 밝기 값을 가지는 적어도 하나의 조직을 포함할 수 있다.
구체적으로, 데이터 획득부(510)는 도 3에서 설명한 X-ray 생성부(106)를 포함할 수 있다. X-ray 생성부(106)는 대상체를 중심으로 회전하며 단층 촬영을 수행하여 로 데이터(raw data)를 획득할 수 있다. 또한, 데이터 획득부(510)는 X-ray 생성부(106)로부터 로 데이터를 전송받을 수 있다.
여기서, 로 데이터(raw data)는 방사선을 대상체로 조사하여 획득된 프로젝션 데이터(projection data) 또는 프로젝션 데이터의 집합인 사이노그램(sinogram)이 될 수 있다. 또한, 로 데이터(raw data)는 프로젝션 데이터 또는 사이노그램을 여과 역투영(filtered backprojection)하여 생성한 영상이 될 수도 있다. 구체적으로, 소정 위치에서 X-ray 생성부(106)가 대상체로 엑스레이를 방출할 때, X-ray 생성부(106)가 대상체를 바라보는 시점 또는 방향을 뷰(view)고 한다. 프로젝션 데이터는 하나의 뷰에 대응하여 획득한 로 데이터이며, 사이노그램은 복수개의 프로젝션 데이터를 순차적으로 나열하여 획득한 로 데이터를 뜻한다.
구체적으로, X-ray 생성부(106)가 움직이는 대상체를 중심으로 회전하며 콘 빔(cone beam)을 방출하는 경우, 데이터 획득부(610)는 콘 빔에 대응되는 로 데이터를 획득하고, 획득한 로 데이터를 재정렬하여 평행 빔에 대응되는 로 데이터로 변형할 수 있다. 그리고, 평행 빔에 대응되는 로 데이터를 이용하여 제1 정보를 획득할 수 있다. 여기서, 콘 빔(cone beam)을 평행 빔(parallel beam)으로 변환하는 것을 리비닝(rebinning)이라 하고, 리비닝된 평행 빔에 대응되는 로 데이터를 이용하여, 제1 정보를 획득할 수 있다. 콘 빔의 리비닝은 이하에서 도 9를 참조하여 상세히 설명한다.
영상 복원부(520)는 제1 영상 및 제2 영상 간의 움직임 량에 근거하여, 대상체의 움직임 량과 시간의 관계를 나타내는 제1 정보를 획득한다. 구체적으로, 제1 정보는 시간에 따른 대상체의 움직임 량을 나타내는 정보로, 소정 시점에서 대상체를 형성하는 표면(surface)의 움직임을 나타내는 정보가 될 수 있다. 그리고, 영상 복원부(520)는 제1 정보에 근거하여 제1 시점과 제2 시점 사이의 제3 시점에 대응되는 제3 영상을 예측하며, 예측된 제3 영상과 제3 시점에 대응되는 측정 데이터를 이용하여 제1 정보를 수정한다. 여기서, 제3 시점에서 획득된 측정 데이터는, 대상체를 투과한 엑스레이를 감지하고 감지되는 엑스레이를 이용하여 로 데이터를 생성할 때, 제3 시점에 대응되는 시간 구간에서 획득된 로 데이터, 또는 제3 시점에 대응되는 시간 구간에서 획득된 로 데이터를 이용하여 복원된 영상을 뜻한다. 즉, 제3 시점에서 획득된 측정 데이터는 제3 시점에서의 대상체를 이미징하기 위해 실제로 획득된 로 데이터 또는 실제로 획득된 로 데이터를 이용하여 복원한 영상을 뜻한다. 또한, 제1 정보를 이용하여 예측된 데이터는, 제1 정보에 나타나는 대상체의 움직임량에 근거하여 소정 시점에서의 대상체의 상태를 예측할 때, 예측된 대상체의 상태에 대응되는 로 데이터 또는 영상을 뜻한다. 이하에서는, 제1 정보를 이용하여 예측된 데이터를 '예측 데이터'라 한다.
영상 복원부(520)가 복원하는 단층 영상은 2차원 단층 영상 또는 3차원 단층 영상이 될 수 있다. 이하에서는, 로 데이터로 프로젝션 데이터가 이용되는 경우를 예로 들어 설명한다. 또한, 제1 시점에 대응되는 제1 영상을 복원하기 위해서 필요한 로 데이터를 '제1 프로젝션 데이터'라 하고, 제2 시점에 대응되는 제2 영상을 복원하기 위해 필요한 로 데이터를 '제2 프로젝션 데이터'라 칭한다. 또한, 제3 시점에 대응되는 제3 영상을 복원하기 위해서 필요한 로 데이터를 '제3 프로젝션 데이터'라 칭한다.
이하에서는 예측된 제3 영상을 이용하여 수정된 제1 정보를 '수정된 제1 정보'이라 한다. 그리고, 영상 복원부(520)는 수정된 제1 정보를 이용하여 제3 영상을 복원한다. 이하에서는, 수정된 제1 정보를 이용하여 복원된 제3 시점에 대응되는 제3 영상을 '최종 제3 영상'이라 칭한다.
여기서, 움직임 량은 대상체의 움직임으로 인하여 발생하는, 제1 영상에 포함되는 대상체와 제2 영상 내에 포함되는 대상체 사이의 형태, 크기, 및 위치 중 적어도 하나의 차이가 될 수 있다.
디스플레이부(530)는 제3 영상을 디스플레이한다. 디스플레이부(530)는 도 3의 디스플레이부(130)와 동일 대응되는 구성으로, 도 3에서와 중복되는 설명은 생략한다.
단층 촬영 장치(500)의 구체적인 동작은 이하에서 도 6 내지 도 20을 참조하여 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단층 촬영 장치를 나타내는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 데이터 획득부(610) 및 영상 복원부(620)는 도 5의 데이터 획득부(510) 및 영상 복원부(520)와 동일 대응되므로, 도 5에서와 중복되는 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면, 단층 촬영 장치(600)는 데이터 획득부(610) 및 영상 복원부(620)를 포함한다. 또한, 단층 촬영 장치(600)는 디스플레이 부(630), 갠트리(640), 사용자 인터페이스 부(650), 저장부(660) 및 통신부(670) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 단층 촬영 장치(600)에 포함되는 디스플레이 부(630), 갠트리(640), 사용자 인터페이스 부(650), 저장부(660) 및 통신부(670)는 각각 도 3에 도시된 단층 시스템(100)의 디스플레이 부(130), 갠트리(102), 입력부(128), 저장부(124) 및 통신부(132)와 그 동작 및 구성이 동일하므로, 도 3에서와 중복되는 설명은 생략한다.
데이터 획득부(610)는 대상체를 단층 촬영하여, 제1 시점에 대응되는 제1 영상을 획득하고 제2 시점에 대응되는 제2 영상을 획득한다. 여기서, 제1 영상 및 제2 영상은 3차원 단층 영상이 될 수 있다. 또한, 제1 영상 및 제2 영상은 2차원 단면 영상인 2차원 단층 영상이 될 수도 있다. 구체적으로, 제1 영상 및 제2 영상은 움직이는 대상체인 심장을 단층 촬영하여 획득한 심장 영상(cardiac image)이 될 수 있으며, 또는 4차원 심장 영상(4D cardiac image)이 될 수 있다.
영상 복원부(620)는 제1 영상 및 제2 영상 간의 움직임 량에 근거하여, 대상체의 움직임 량과 시간의 관계를 나타내는 제1 정보를 획득한다. 그리고, 영상 복원부(620)는 제1 정보에 근거하여 제1 시점과 제2 시점 사이의 제3 시점에 대응되는 제3 영상을 예측하며, 예측된 제3 영상과 제3 시점에 대응되는 측정 데이터를 이용하여 제1 정보를 수정한다. 그리고, 영상 복원부(520)는 수정된 제1 정보를 이용하여 최종 제3 영상을 복원한다. 또한, 로 데이터는 엑스레이를 대상체로 조사(projection)하여 획득된 프로젝션 데이터(projection data) 또는 프로젝션 데이터의 집합인 사이노그램(sinogram)이 될 수 있다. 로 데이터는 갠트리(640)에서 획득될 수 있다. 또한 로 데이터는 외부의 단층 시스템(미도시)에서 획득되어 통신부(670)를 통하여 수신될 수도 있다.
구체적으로, 여기서, 움직임 량은 제1 정보는 제1 영상과 제2 영상 간의 움직임 벡터장(Motion Vector Field)에 대응되는 값이 될 수 있다. 즉, 제1 정보는 움직임 벡터장에 대응되는 대상체의 움직임 량과 시간 간의 관계를 나타내는 정보가 될 수 있다. 제1 정보는 이하에서 도 12를 참조하여 상세히 설명한다.
또한, 구체적으로, 영상 복원부(620)는 제1 정보를 이용하여 제3 시점에 대응되어 예측된 정보와 제3 시점에서 측정된 정보를 비교하고, 비교된 차이값이 작아지도록 제1 정보를 수정할 수 있다. 영상 복원부(620)의 제1 정보 수정 동작은 이하에서 도 16 및 도 17을 참조하여 상세히 설명한다.
또한, 영상 복원부(620)는 수정된 제1 정보를 이용하여, 제3 시점에 대응되는 측정 데이터를 와핑하여 최종 제3 영상을 복원할 수 있다. 여기서, 와핑(warping)은 영상 내에 포함되는 대상체를 팽창, 축소, 위치 이동, 및/또는 형태 등과 같은 대상체의 상태 변경을 통하여, 영상 내에 포함되는 대상체를 예측되는 대상체의 상태에 맞춰 조절하는 것을 뜻한다. 구체적으로, 영상 복원부(620)는 수정된 제1 정보를 이용하여 제3 영상이 제3 시점에서의 대상체의 상태를 명확하게 이미징하도록 움직임 보정(motion correction)을 수행하여, 모션 보정된 영상인 최종 제3 영상을 획득할 수 있다.
디스플레이 부(630)는 소정 화면을 디스플레이한다. 구체적으로, 디스플레이 부(630)는 단층 촬영을 진행하는데 필요한 사용자 인터페이스 화면 또는 복원된 단층 영상 등을 디스플레이 할 수 있다. 디스플레이 부(630)에서 디스플레이되는 화면은 이하에서 도 18 내지 도 20을 참조하여 상세히 설명한다.
갠트리(640)는 X-ray 생성부(도 3의 106), X-ray 검출부(도 3의 108), 및 데이터 획득 회로(도 3의 116)를 포함한다. 갠트리(640)는 대상체로 엑스레이를 조사하고, 대상체를 투과한 엑스레이를 감지하며, 감지된 엑스레이에 대응되는 로 데이터(raw data)를 생성한다.
구체적으로, X-ray 생성부(106)는 엑스레이(X-ray)를 생성한다. 그리고, X-ray 생성부(106)는 대상체를 중심으로 회전하며, 대상체로 엑스레이를 조사한다. 그러면, X-ray 검출부(108)는 대상체를 통과한 엑스레이를 감지한다. 그리고 데이터 획득 회로(116)는 감지된 엑스레이에 대응되는 로 데이터를 생성한다. 여기서, 로 데이터는 방사선을 대상체로 조사(projection)하여 획득된 프로젝션 데이터(projection data) 또는 프로젝션 데이터의 집합인 사이노그램(sinogram)이 될 수 있다.
이하에서는, X-ray 생성부(106)가 반바퀴 회전하여 획득된 로 데이터를 이용하여 하나의 단면 단층 영상을 복원하는 것을 절반 복원(half reconstruction) 방식이라 하고, X-ray 생성부(106)가 한바퀴 회전하여 획득된 로 데이터를 이용하여 하나의 단면 단층 영상을 복원하는 것을 전체 복원(full reconstruction) 방식이라 한다. 또한, 이하에서는, 하나의 단면 단층 영상을 복원하는데 필요한 로 데이터를 획득하기 위해서, X-ray 생성부(106)가 회전하는 시간 또는 각도(또는 위상)를 '한주기'라 한다.
또한, '한주기 각도 구간'은 하나의 단면 단층 영상을 복원하는데 필요한 로 데이터를 획득하기 위해서 X-ray 생성부(106)가 회전하는 각도 구간을 의미할 수 있다. 또한, '한주기 각도 구간'은 하나의 단면 단층 영상을 복원하기 위해서 필요한 프로젝션 데이터의 구간을 의미할 수 있으며, 이 경우에는 '프로젝션 데이터의 한주기 각도 구간'이라 칭할 수 있다.
예를 들어, 절반 복원에서는 한 주기가 180 도 이상이 되며, 전체 복원에서는 한 주기가 360도가 된다. 예를 들어, 리비닝된 평행빔을 이용하는 절반 복원에서 프로젝션 데이터의 한주기 각도 구간은 180 도에 팬 각도(fan angle)를 추가하여 '180+ 팬 각도'가 될 수 있다. 예를 들어, 팬 각도가 대략 60도인 경우, 절반 복원에서 프로젝션 데이터의 한주기 각도 구간은 대략 180+60=240 도가 될 수 있다. 또한, 전체 복원에서 한주기 각도 구간은 360도에 팬 각도를 추가하여 대략 360+60=420 도가 될 수도 있다.
또한, 한주기 미만의 각도 구간에서 획득된 로 데이터를 이용하여 단층 영상을 복원하는 것을 부분 각도 복원(PAR: partial angle reconstruction) 방식이라 한다.
본 발명의 실시예에 따른 단층 촬영 장치(500, 600)에서는 부분 각도 복원(PAR: partial angle reconstruction) 방식, 전체 복원(full reconstruction) 방식 및 절반 복원(half reconstruction) 방식 모두에 적용될 수 있다.
구체적으로, 갠트리(640)는 절반 복원 방식, 전체 복원 방식, 및 부분 각도 복원 방식 중 적어도 하나의 방식으로 단층 촬영을 수행하여 로 데이터를 획득할 수 있다. 데이터 획득부(610)는 갠트리(640) 또는 외부적으로 연결되는 단층 시스템에서 전송되는 로 데이터를 이용하여, 제1 영상 및 제2 영상을 복원(reconstruction)한다.
사용자 인터페이스 부(650)는 사용자로부터 소정 명령 또는 데이터를 입력받기 위한 사용자 인터페이스 화면을 생성 및 출력하며, 사용자 인터페이스 화면을 통하여 사용자로부터 소정 명령 또는 데이터를 입력받는다. 또한, 사용자 인터페이스 부(650)에서 출력되는 사용자 인터페이스 화면은 디스플레이 부(630)로 출력된다. 그러면, 디스플레이 부(630)는 사용자 인터페이스 화면을 디스플레이 할 수 있다. 사용자는 디스플레이 부(630)를 통하여 디스플레이 되는 사용자 인터페이스 화면을 보고, 소정 정보를 인식할 수 있으며, 소정 명령 또는 데이터를 입력할 수 있다.
예를 들어, 사용자 인터페이스 부(650)는 마우스, 키보드, 또는 소정 데이터 입력을 위한 하드 키들을 포함하는 입력 장치 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 사용자 인터페이스 부(650)에 포함되는 마우스, 키보드, 또는 기타 입력 장치 중 적어도 하나를 조작하여, 소정 데이터 또는 명령을 입력할 수 있다.
또한, 사용자 인터페이스 부(650)는 터치 패드로 형성될 수 있다. 구체적으로, 사용자 인터페이스 부(650)는 디스플레이 부(630)에 포함되는 디스플레이 패널(display panel)(미도시)과 결합되는 터치 패드(touch pad)(미도시)를 포함하여, 디스플레이 패널 상으로 사용자 인터페이스 화면을 출력한다. 그리고, 사용자 인터페이스 화면을 통하여 소정 명령이 입력되면, 터치 패드에서 이를 감지하여, 사용자가 입력한 소정 명령을 인식할 수 있다.
구체적으로, 사용자 인터페이스 부(650)가 터치 패드로 형성되는 경우, 사용자가 사용자 인터페이스 화면의 소정 지점을 터치하면, 사용자 인터페이스 부(650)는 터치된 지점을 감지한다. 그리고, 감지된 정보를 영상 복원부(620)로 전송할 수 있다. 그러면, 영상 복원부(620)는 감지된 지점에 표시된 메뉴에 대응되는 사용자의 요청 또는 명령을 인식하며, 인식된 요청 또는 명령을 반영하여 단층 영상 복원 동작을 수행할 수 있다.
저장부(660)는 단층 촬영에 따라서 획득되는 데이터를 저장할 수 있다. 구체적으로, 로 데이터인 프로젝션 데이터 및 사이노그램 중 적어도 하나를 저장할 수 있다. 또한, 저장부(660)는 단층 영상의 복원에 필요한 각종 데이터, 프로그램 등을 저장할 수 있으며, 최종적으로 복원된 단층 영상을 저장할 수 있다. 또한, 저장부(660)는 제1 정보의 획득에 필요한 각종 데이터 및 획득된 제1 정보를 저장할 수 있다.
또한, 저장부(660)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(SD, XD 메모리 등), 램(RAM; Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM; Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory) 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
통신부(670)는 외부 디바이스, 외부 의료 장치 등과의 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 통신부(670)는 외부의 단층 시스템 또는 단층 촬영 장치와 연결되며, 제1 영상 및 제2 영상을 수신할 수 있다. 또는 제1 영상 및 제2 영상을 복원하기 위한 로 데이터를 수신할 수 있다. 이 경우, 데이터 획득부(610)는 통신부(670)를 통하여 전송되는 제1 영상 및 제2 영상 또는 제1 영상 및 제2 영상을 복원하기 위한 로 데이터를 전송받고, 전송된 데이터에 근거하여 제1 영상 및 제2 영상을 복원할 수 있다.
전술한 바와 같이, 심장과 같이 대상체가 빠르게 움직이는 경우, 복원된 단층 영상 내에 움직임 아티팩트(motion artifact)가 발생한다. 복원된 단층 영상 내에서 움직임 아티팩트를 최소화하여 화질을 높일 수 있는 단층 촬영 장치(600)의 동작을 이하에서, 도 7 내지 도 24를 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 단층 촬영 장치(500, 600)에서는 다양한 스캔 모드에 따라서 제1 영상 및 제2 영상이 획득될 수 있다. 또한, 단층 촬영 장치(500, 600)에서는 다양한 방사 형태를 갖는 광원을 생성하는 X-ray 생성부(106)가 이용될 수 있다.
이하에서는 도 7 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 단층 촬영 장치에 적용 가능한 영상 복원 방식, 스캔 모드 및 광원인 엑스레이 빔의 방사 형태에 대하여 상세히 설명한다.
도 7은 절반 복원(half reconstruction)에 따른 단층 영상의 복원을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, X-ray 생성부(106)가 소정 지점에서 부채모양으로 퍼지는 팬(fan) 형태의 빔(beam)인 콘 빔(cone beam)을 방출하는 경우, 절반 복원에서는 180 도 + (팬 각도(fan angle)*2) 만큼 회전하여 단층 촬영을 수행하고, 180 도 + (팬 각도(fan angle)*2)에서 획득된 로 데이터를 이용하여 단층 영상을 복원할 수 있다. 또한, 팬 빔을 평행 빔(parallel beam)으로 변환하여 복원동작을 수행하는 경우 또는 X-ray 생성부(106)가 평행 빔을 방출하는 경우에는, 절반 복원에서는 180 + 팬 각도(fan angle)의 구간에 대응되는 로 데이터를 이용하여 단층 영상을 복원할 수 있다. 즉, 콘 빔(cone beam)을 이용할 경우에는 평행 빔을 이용하여 획득된 로 데이터를 이용하여 단층 영상을 복원하는 경우에 비하여, 팬 각도(fan angle) 만큼의 로 데이터가 더 필요하다.
구체적으로, 빔의 형태가 콘 빔의 형태가 아니고 도 9의 (b)에서 설명하는 바와 같이 평행 빔 형태일 경우에는, 추가적으로 회전하여야 하는 각도 값이 콘 빔의 팬 각도(fan angle = a)보다 감소하며, 180+a 도를 한주기로 하여 회전하면 된다. 예를 들어, 팬 각도가 60도 인 경우, 콘 빔을 이용하는 경우에는 X-ray 생성부(106)가 180 +2a = 300 도의 각도 구간을 회전하여 획득된 로 데이터가 필요하고, 평행 빔을 이용하는 경우에는 X-ray 생성부(106)가 180 +a = 240 도의 각도 구간을 회전하여 획득된 로 데이터가 필요하다. 따라서, 평행 빔을 이용할 경우, 180 +a =240도를 한주기로 하여 절반 복원 방식을 수행할 수 있다.
도 7에서는 평행 빔을 이용하는 경우를 예로 들어서, 180 + 팬 각도(fan angle = a) 구간에서 획득된 로 데이터를 이용하여 절반 복원을 수행하는 경우를 도시하였다.
도 7을 참조하면, X-ray 생성부(106)가 빔 위치(710)에서 대상체(705)로 엑스레이를 조사할 때, X-ray 검출부(108)는 감지면(720)에서 엑스레이를 감지한다. 빔 위치(710)는 대상체를 중심으로 원을 그리며 이동하며, 한 주기인 180+a 도 만큼 회전한다. 또한, 감지면(720) 또한 빔 위치(710)에 대응되어 회전한다. 구체적으로, 빔 위치(710)는 +Y축에서 -Y축으로 180도 이동하고 추가적으로 팬 각도인 a만큼 더 이동하여 733 지점까지 이동한다.
절반 복원 방식에서는, 처음의 a 각도 구간(735), 중간 각도 구간(737) 및 마지막의 a 각도 구간(736)에서 획득된 프로젝션 데이터들을 이용하여, 하나의 단면 영상을 복원한다.
하나의 단면 단층 영상을 복원하기 위해서 필요한 로 데이터를 획득하는데 소요되는 시간이 감소할수록, 움직임 아티팩트가 감소된 영상을 복원할 수 있다.
또한, 하나의 단면 단층 영상을 복원하기 위해서 필요한 로 데이터를 획득하는데 소요되는 시간이 감소할수록, 시간 해상도(temporal resolution)를 증가시킬 수 있다. 따라서, X-ray 생성부(106)의 회전 속도가 동일한 경우, 절반 복원 방식에 의해서 복원된 단층 영상이 전체 복원 방식에 의해서 복원된 단층 영상에 비하여 시간 해상도가 증가할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 단층 촬영 장치(500, 600)는 다양한 스캔 모드에 따라서 단층 촬영을 수행하여 제1 영상 및 제2 영상을 획득할 수 있다. 단층 촬영 시 이용되는 스캔 모드로는 프로스펙티브(prospective) 모드 및 레트로스펙티브(retrospective) 모드를 예로 들 수 있으며, 이하에서 도 8을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 단층 촬영 장치(500, 600)는 다양한 스캔 방식에 따라서 단층 촬영을 수행할 수 있다. 단층 촬영시 이용되는 스캔 방식으로는 축상 (axial) 스캔 방식 및 나선형(helical) 스캔 방식이 있으며, 이하에서 도 8을 참조하여 상세히 설명한다.
도 8은 단층 촬영에 적용되는 스캔 모드 및 스캔 방식을 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 8의 (a)는 축상 스캔 방식에 따른 단층 촬영을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 8의 (a)는 프로스펙티브(prospective) 모드에 따른 단층 촬영을 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 8의 (b)는 나선형 스캔 방식에 따른 단층 촬영을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 8의 (b)는 레트로스펙티브(retrospective) 모드에 따른 단층 촬영을 설명하기 위한 도면이다.
스캔 모드는 촬영 대상이되는 환자의 심장 박동 주기가 일정한지 또는 일정하지 않은지에 따라서 구별될 수 있다. 또한, 영상 복원에 이용되는 로 데이터를 획득하는데 있어서 심전도 게이팅(ECG gating)을 이용할 수 있다. 도 8에서는 테이블(도 4의 105)이 환자(805)의 축(axial) 방향으로 이동하며 단층 촬영을 진행하는 경우를 예로 들어 도시하였다.
도 8의 (a)를 참조하면, 축상(axial) 스캔 방식은 테이블(도 3의 105)을 멈춘 상태에서 엑스레이를 조사하여 촬영하고, 다시 소정 간격(801-802)만큼 테이블을 이동시킨 후, 소정 구간(822) 동안 엑스레이를 조사하여 로 데이터를 획득하는 단층 촬영 방식이다. 본원의 실시예에 따른 단층 촬영 장치(500, 600)는 축상 스캔(axial scan) 방식을 적용하여 단층 촬영을 수행하여 제1 영상 및 제2 영상, 제3 영상, 및 최종 제3 영상 중 적어도 획득할 수 있다.
또한, 도 8의 (a)를 참조하면, 심장의 박동 주기가 일정한 사람의 경우, 프로스펙티브(prospective) 모드를 적용하여 규칙적으로 심전도 신호(810)를 게이팅한다. 프로스펙티브 모드는 R 피크(811)에서 소정 시간만큼 떨어진 시점(t3)에서의 소정 구간(921)을 자동적으로 선택한다. 그리고, 검출된 소정 구간(821) 동안 엑스레이를 대상체로 인가하여 로 데이터를 획득한다. 그리고, 후속하는 R 피크(812)에서 소정 시간만큼 떨어진 시점(t4)에서의 소정 구간(822)을 자동적으로 선택한다. 이 때, 테이블(도 3의 105)을 멈춘 상태에서 엑스레이를 조사하여 촬영하고, 다시 소정 간격(801-802)만큼 테이블을 이동시킨 후, 소정 구간(822) 동안 엑스레이를 조사하여 로 데이터를 획득한다. 도 8의 (a)에서와 같이, 대상체의 축 방향으로 소정 간격마다 이동하며 촬영하는 방식을 축상 복원(axial reconstruction) 방식이라 한다. 구체적으로, 절반 복원 방식 중 도 8의 (a)에서와 같이 대상체의 축 방향으로 소정 간격마다 이동하며 촬영하는 방식을 축상 절반 복원(axial half reconstruction) 방식이라 하며, 본원의 실시예에 따른 단층 촬영 장치(500, 600)에는 축상 복원 방식이 적용될 수 있다.
그리고, 데이터 획득부(610)는 검출된 구간들(821, 822)에서 획득된 로 데이터들을 이용하여 단층 영상들(831, 832)을 복원한다.
도 8의 (b)를 참조하면, 나선형 스캔(helical scan) 방식은 일정한 시간인 t=0부터 t=end까지 테이블(도 3의 105)을 이동시키면서 계속하여 엑스레이를 조사하여 촬영을 수행하는 단층 촬영 방식이다. 구체적으로, 대상체를 포함하는 환자(805)가 위치한 테이블(도 3의 105)을 일정 시간 동안 일정 속도로 계속하여 이동시키고, 테이블이 이동되는 동안에 계속하여 엑스레이를 대상체로 조사하여 촬영을 수행한다. 그에 따라서, 엑스레이 광원의 이동 궤적(850)은 나선(helix) 형태가 된다.
또한, 도 8의 (b)를 참조하면, 부정맥 환자와 같이 심장의 박동 주기가 일정하지 않은 경우, 심장 박동 주기의 규칙성이 떨어져서, 프로스펙티브 모드에서와 같이 일률적으로 주기 검출을 할 수가 없다. 이러한 경우, 레트로스펙티브(retrospective) 모드에서 불규칙적으로 심전도 신호(860)를 게이팅한다. 레트로스펙티브 모드는 심전도 신호의 모든 주기에서 또는 연속되는 일정 범위의 주기에서 대상체로 엑스레이를 조사하여 로 데이터를 획득한 후, 단층 영상 복원을 위한 부분 주기들을 선택한다. 즉, 레트로스펙티브 모드에서는, 사용자가 영상 복원에 이용될 부분 주기들을 개별 설정하여 부분 주기들(861, 862, 863)을 검출한 후, 검출된 구간들에서 획득된 로 데이터들을 단층 영상 복원에 이용한다.
구체적으로, 레트로스펙티브 모드에서는 일정한 시간인 t=0부터 t=end 까지 계속하여 엑스레이를 조사하여 촬영을 수행한다. 또한, 테이블(도 3의 105)이 일정 시간 동안 일정 속도로 계속하여 이동시켜 단층 촬영을 수행할 수 있으며, 이 경우 엑스레이 광원의 이동 궤적(850)은 나선(helix) 형태가 된다.
도 8의 (b)에서와 같이, 엑스레이 광원의 이동 궤적(850)은 나선(helix) 형태가 되도록 테이블을 이동하면서 계속적으로 엑스레이를 조사하여 촬영하는 방식을 나선형(helical reconstruction) 방식이라 한다. 구체적으로, 절반 복원 방식 중 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 테이블을 이동하면서 계속적으로 엑스레이를 조사하여 촬영하는 방식을 나선형 절반 복원(helical half reconstruction)이라 한다. 본원의 실시예에 따른 단층 촬영 장치(500, 600)에는 나선형 복원 방식이 적용될 수 있다.
구체적인 예로, 심장 박동 주기가 불규칙한 환자의 경우, 나선형 스캔 방식에서 레트로스펙티브 모드를 적용하여 단층 촬영을 수행할 수 있다. 또한, 심장 박동 주기가 일정한 환자의 경우, 축상 스캔 방식에서 프로스펙티브 모드를 적용하여 단층 촬영을 수행할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 나선형 스캔 방식에서 프로스펙티브 모드를 적용하여 단층 촬영을 수행할 수도 있을 것이며, 축상 스캔 방식에서 레트로스펙티브 모드를 적용하여 단층 촬영을 수행할 수도 있을 것이다. 도 9는 대상체로 방출되는 엑스레이의 빔 형태를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 9의 (a)는 X-ray 생성부(106)가 콘 빔(cone beam) 형태로 엑스레이를 방출하는 경우를 예로 들어 도시한다. 도 9의 (b)는 X-ray 생성부(106)가 평행 빔(parallel beam) 형태로 엑스레이를 방출하는 경우를 예로 들어 도시한다.
도 9의 (a)를 참조하면, X-ray 생성부(106)가 궤적(910)에 따라 이동하며 소정 위치(920)에서 엑스레이를 조사하면, 도시된 바와 같이 원뿔(cone) 형태(930)로 엑스레이가 대상체로 조사된다.
도 9의 (b)를 참조하면, X-ray 생성부(106)가 궤적(950)에 따라 이동하며 소정 위치(960)에서 엑스레이를 방출하면, 도시된 바와 같이 평행 면 형태(970)로 엑스레이가 대상체로 조사된다.
도 9의 (b)를 참조하면, X-ray 생성부(106)가 콘 빔(cone beam) 형태로 엑스레이를 방출하는 경우에는, 원뿔 형태로 방사된 빔을 재배치하여 X-ray 검출부(108)의 열(row)과 X-ray 생성부(106)가 위치하는 궤적(960)을 연결한 평면(980) 상에서 빔을 평행하게 재배열할 수 있다. 즉, 콘 빔을 가상의 평행 빔(Pseudo parallel-beam)으로 변환하여 이용할 수 있다. 또한, 콘 빔을 평행 빔으로 변환하여 이용하는 경우에 있어서, 콘 빔에서는 평행 빔에 비하여 X-ray 생성부(106)가 팬 각도(a)만큼 더 회전하여 로 데이터를 획득하여야 한다. 구체적으로, 팬 각도(fan angle) = a 인 경우, 콘 빔을 방출하는 X-ray 생성부(106)가 180 +2a의 각도 구간에서 획득된 로 데이터를 이용하여, 리비닝된 평행 빔에 대응되는 180 +a의 각도 구간에 해당하는 로 데이터를 획득할 수 있다.
도 9을 참조하여 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 단층 촬영 장치(600, 700)는 콘 빔을 방출하는 단층 촬영 장치, 또는 평행 빔을 방출하는 단층 촬영 장치에 모두 적용될 수 있다.
이하에서는 설명의 편의상, 절반 복원 방식의 경우, 하나의 단면 단층 영상을 획득하는데 필요한 프로젝션 데이터를 획득하기 위해 X-ray 생성부(106)가 회전하는 각도 구간인 한주기 각도 구간에 있어서, 180도를 뺀 나머지 각도 구간을 추가 각도라 칭하겠다. 전술한 예에서, X-ray 생성부(106)에서 방출된 콘 빔을 리비닝한 평행빔을 이용하는 경우에는 추가 각도는 2a 가 되며, 평행빔을 이용하는 경우 추가 각도는 a 가 될 수 있다. 리비닝된 평행빔을 이용하는 경우에는 X-ray 생성부(106)가 180+2a 각도 구간을 회전하여 획득된 로 데이터를 이용하여, 180+a 각도 구간에 대응되는 프로젝션 데이터를 획득한다. 또한, 하나의 단면 단층 영상을 복원하기 위해서 획득된 프로젝션 데이터의 구간을 한주기 각도 구간으로 보면, 추가 각도는 프로젝션 데이터의 한주기 각도 구간에서 180도를 뺀 나머지 각도 구간을 의미할 수도 있다. 전술한 예에서, X-ray 생성부(106)가 콘 빔을 방출하며 180+2a 각도 구간을 회전하였을 때, 리비닝된 평행빔을 이용하여 180+a 각도 구간에 대응되는 프로젝션 데이터가 획득된 경우, 프로젝션 데이터의 한주기 각도 구간은 180+a 가 되며, 프로젝션 데이터의 한주기 각도 구간에서 추가 각도는 a 가 될 수 있다.
또한, 전술한 예에서와 같이 콘 빔을 대상체로 조사하여 단층 촬영하고 리비닝된 평행빔을 이용하여 제1 정보 및 단층 영상을 획득하는데 있어서, X-ray 생성부(106)의 회전에 있어서의 한주기 각도 구간은 180 + 2*팬각도 = 180 + 2a 이며, 추가 각도는 2 * 팬 각도 = 2a 가 될 수 있다.
또한, 본원의 실시예에 따른 단층 촬영 장치(500, 600)가 CT 촬영을 수행하는데 있어서, 단일 슬라이스를 적용하여 CT 촬영을 수행하는 단일 슬라이스 CT(single slice CT) 방식, 및 복수개의 슬라이스를 적용하여 CT 촬영을 수행하는 멀티 슬라이스 CT(multi-slice CT)방식이 모두 적용될 수 있다. 또한, 실시예에 따른 단층 촬영 장치(500, 600)는 CT 촬영을 수행하는데 있어서, 하나의 광원과 하나의 디텍터를 이용하는 단일 광원 단일 디텍터(single source single detector)(또는 '단일 소스 단층 촬영 장치')에 적용될 수 있으며, 또한, 두개의 광원과 두개의 디텍터를 이용하는 복수 광원 복수 디텍터(two source two detector)(또는 '듀얼 소스 단층 촬영 장치')에 적용될 수도 있다. 여기서, 광원은 X-ray 생성부(106)를 뜻하며, 디텍터는 X-ray 검출부(108)를 뜻한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 단층 촬영 장치의 동작을 설명하기 위한 일 도면이다.
데이터 획득부(610)는 제1 시점에 대응되는 제1 영상을 획득하고 제2 시점에 대응되는 제2 영상을 획득한다. 구체적으로, 제1 영상 및 제2 영상은 동일 대상체를 서로 다른 시점에서 단층 촬영하여 획득된 영상이 된다. 이하에서는 로 데이터로 복수개의 프로젝션 데이터들을 포함하는 사이노그램(sinogram)을 예로 들어 설명하며, 제1 영상 및 제2 영상이 3차원 단층 영상이 경우를 예로 들어 설명한다.
구체적으로, 사용자가 소정 시간 구간 내에 포함되는 시점에서 대상체에 대한 단층 영상을 복원하고자 하는 경우, 제1 시점은 소정 시간 구간 내의 하한값에 대응될 수 있으며, 제2 시점은 소정 시간 구간의 상한값에 대응될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 t1부터 t2 사이의 시간 구간에 포함되는 일 시점에 심장의 단층 영상을 복원하고 싶은 경우, 제1 시점은 t1이 될 수 있으며, 제2 시점은 t2가 될 수 있을 것이다. 또한, t1부터 t2 사이의 시간 구간을 전체 시간 구간이라 하며, 전체 시간 구간은 도시된 P1, P2 또는 P3를 나타낸다. 예를 들어, t1 부터 t2 사이의 시간 구간은 심장의 박동 주기가 될 수 있다.
도 10을 참조하면, 데이터 획득부(610)는 제1 시점(t1)에 대응되는 제1 시간 구간(P11)에서 사이노그램(1021)을 획득하고, 제2 시점(t2)에 대응되는 제2 시간 구간(P12)에서 사이노그램(1022)을 획득할 수 있다. 그리고, 사이노그램(1021)을 이용하여 제1 영상(1050)을 복원하고, 사이노그램(1022)을 이용하여 제2 영상(1060)을 복원할 수 있다. 예를 들어, 제1 시점(t1)은 제1 시간 구간(P11)의 중간 지점이 될 수 있으며, 제2 시점(t2)은 제2 시간 구간(P12)의 중간 지점이 될 수 있다.
여기서, 단층 영상의 복원에는 다양한 복원 방식이 이용될 수 있다. 예를 들어, 단층 촬영 장치(500, 600)에서 단층 영상을 복원하는 방식으로는 투영법(Back Projection), 여과 역투영법(Filtered Back Projection), 반복재구성법(Iterative method), 역매트릭스법(Matrix inversion), 분석적 재구성법(Analytical method) 등이 이용될 수 있다.
역투영법은 복수개의 방향(view)에서 획득한 프로젝션 데이터를 화소면에 거꾸로 되돌려 합산하여 영상을 복원하는 방법이다. 구체적으로, 역투영법은 복수개의 방향에서의 프로젝션 데이터들을 이용해 실제와 비슷한 영상을 획득할 수 있다. 또한, 복원된 영상 내에 존재하는 아티팩트를 제거하고 영상 화질을 개선하기 위해서 필터링(filtering)을 추가적으로 수행할 수 있다.
여과 역투영법은 역투영법에서 발생할 수 있는 아티팩트 또는 블러링을 제거하기 위해서 역투영법을 개선시킨 방법이다. 여과 역투영법은 역투영을 시행하기 이전에 로 데이터를 필터링하고, 필터링된 로 데이터를 역투영하여 단층 영상을 복원한다.
여과 역투영법(Filtered Back Projection)은 단층 영상 복원에서 일반적으로 가장 널리 이용되며, 구현이 간단하며 영상 복원을 위한 계산량 측면에서도 효과적인 방법이다. 여과 역투영법은 2D 영상으로부터 사이노그램을 획득하는 과정인 라돈(Radon) 변환으로부터 수학적으로 역 변환을 유도한 방법으로, 2D 영상을 3D 영상으로 확장하는 것도 비교적 간단하다. 구체적으로, 여과 역투영법은 고대역 통과 필터(High Pass Filter)의 일종인 Shepp and Logan 필터 등을 이용하여 프로젝션 데이터를 필터링 한 뒤 역투영을 하는 것에 의해서 영상을 복원하는 방법이다.
이하에서는 여과 역투영법(Filtered Back Projection)을 이용하여 단층 영상을 복원하는 경우를 예로 들어 설명한다.
구체적으로, 데이터 획득부(610)는 심전도 신호(ECG signal)의 복수개의 주기들에서 제1 영상(1050)을 생성하기 위한 복수개의 제1 시간 구간들(P11, P21, P31)을 게이팅한다. 그리고, 제1 시간 구간들(P11, P21, P31) 각각에서 사이노그램(1021, 1031, 1041)을 획득한다. 그리고, 데이터 획득부(610)는 심전도 신호(ECG signal)의 복수개의 주기들에서 제2 영상(1060)을 생성하기 위한 복수개의 제2 시간 구간들(P12, P22, P32)을 게이팅한다. 그리고, 제2 시간 구간들(P12, P22, P32) 각각에서 사이노그램(1022, 1032, 1042)을 획득한다. 그리고, 데이터 획득부(610)는 사이노그램(1021, 1031, 1041)을 역투영(back-projection)하여 제1 영상(1050)을 복원하고, 사이노그램(1022, 1032, 1042)을 역투영(back-projection)하여 제2 영상(1060)을 복원할 수 있다.
계속하여, 데이터 획득부(610)는 제1 영상(1050) 및 제2 영상(1060)을 비교하여, 제1 정보를 생성할 수 있다. 제1 정보의 생성은 이하에서 도 12를 참조하여 상세히 설명한다.
도 10에서는, 제1 영상(1050) 및 제2 영상(1060)을 복원하기 위하여, 복수개의 시간 구간들에서 획득된 사이노그램을 이용하는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 제1 영상(1050) 및 제2 영상(1060)은 하나의 시간 구간에 획득된 사이노그램을 이용하여 복원된 영상이 될 수도 있다.
이하에서는, 심전도 게이팅을 이용한 제1 영상(1050) 및 제2 영상(1060)의 복원을 이하에서 도 11을 참조하여 상세히 설명한다.
도 11은 제1 영상 및 제2 영상 복원을 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 11의 (a)는 제1 영상(1120)의 생성 동작을 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 11의 (b)는 제2 영상(1150)의 생성 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 11에 있어서, 제1 영상(1120) 및 제2 영상(1150) 각각은 도 10에서 설명한 제1 영상(1050) 및 제2 영상(1060)에 동일 대응된다.
도 11에서는 제1 영상(1120) 및 제2 영상(1150)이 심장을 부피감 있게 표현하는 3차원 단층 영상인 경우를 예로 들어 도시하였다. 또한, 복원되는 3차원 단층 영상은 새지털 뷰(sagittal view), 코로날 뷰(coronal view), 트랜스엑슈얼 뷰(transaxial view) 등에 따른 다양한 뷰를 나타내도록 복원될 수 있다. 또한, 영상 복원부(620)가 복원하는 제1 영상 및 제2 영상은 2차원 단층 영상이 될 수도 있다.
도 11의 (a)를 참조하면, 데이터 획득부(610)는 심전도 신호(1100)를 게이팅하여, 심장의 움직임이 최소화되는 복수개의 시간 구간들(P11, P21, P31, P41, P51)을 추출한다. 그리고, 추출된 복수개의 시간 구간들(P11, P21, P31, P41, P51)에서 획득된 사이노그램을 이용하여 복수개의 부분 영상들(1121, 1122, 1123, 1124, 1125)을 복원한다. 도 11의 (a) 에 있어서, P11, P21, 및 P31 구간 각각은 도 10의 P11, P21, 및 P31 구간과 동일 대응된다.
구체적으로, 데이터 획득부(610)는 P11에서 획득된 사이노그램을 이용하여 제1 영상 구간(1121)을 복원하고, P21에서 획득된 사이노그램을 이용하여 제2 영상 구간(1122)을 복원하고, P31에서 획득된 사이노그램을 이용하여 제3 영상 구간(1123)을 복원한다. 그리고, P41에서 획득된 사이노그램을 이용하여 제4 영상 구간(1124)을 복원하고, P51에서 획득된 사이노그램을 이용하여 제5 영상 구간(1125)을 복원한다.
그리고, 복원된 복수개의 영상 구간들(1121. 1122, 1123, 1124, 1125)을 합성하여 제1 영상(1120)을 복원할 수 있다.
도 11의 (b)를 참조하면, 데이터 획득부(610)는 심전도 신호(1100)를 게이팅하여, 심장의 움직임이 최소화되는 복수개의 시간 구간들(P12, P22, P32, P42, P52)을 추출한다. 그리고, 추출된 복수개의 시간 구간들(P12, P22, P32, P42, P52)에서 획득된 사이노그램을 이용하여 복수개의 부분 영상들(1151, 1152, 1153, 1154, 1155)을 복원한다. 도 11의 (b) 에 있어서, P12, P22, 및 P32 구간 각각은 도 10의 P12, P22, 및 P32 구간과 동일 대응된다.
구체적으로, 데이터 획득부(610)는 P12에서 획득된 사이노그램을 이용하여 제1 영상 구간(1151)을 복원하고, P22에서 획득된 사이노그램을 이용하여 제2 영상 구간(1152)을 복원하고, P32에서 획득된 사이노그램을 이용하여 제3 영상 구간(1153)을 복원한다. 그리고, P42에서 획득된 사이노그램을 이용하여 제4 영상 구간(1154)을 복원하고, P52에서 획득된 사이노그램을 이용하여 제5 영상 구간(1155)을 복원한다.
그리고, 복원된 복수개의 영상 구간들(1151, 1152, 1153, 1154, 1155)을 합성하여 제2 영상(1150)을 복원할 수 있다.
도 12는 대상체의 움직임을 측정하여 제1 정보를 획득하는 동작을 설명하기 위한 일 도면이다. 이하에서는 도 10 및 도 12를 참조하여, 영상 복원부(620)의 제1 정보의 획득 동작을 설명한다. 구체적으로, 도 12의 (a)는 제1 영상과 제2 영상의 비교 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 12의 (b)는 제1 영상과 제2 영상간의 움직임 량을 나타내는 도면이다. 도 12의 (c)는 제1 정보를 설명하기 위한 도면이다.
도 12의 (a)에 있어서, 제1 영상(1210) 및 제2 영상(1220)은 각각 도 10의 제1 영상(1050) 및 제2 영상(1060)에 동일 대응된다. 다만, 도 12의 (a)에서는 설명의 편의상 제1 영상(1210) 및 제2 영상(1220)을 간략화하여 도시하였다.
이하에서는, 제1 영상(1210) 및 제2 영상(1210)이 2차원 영상인 경우로, 대상체의 표면이 영상 내에서 경계로 도시된 경우를 예로 들어 설명한다.
도 12의 (a)를 참조하면, 제1 영상(1210) 및 제2 영상(1220)은 움직이는 대상체를 촬영한 단층 영상을 도식화하였다. 또한, 도 12의 (a)에서는 하나의 영상 내에 포함되는 적어도 하나의 대상체(1211 및 1212, 또는 1221 및 1222)는 도시된 바와 같이 원형 물체로 표현되었다.
구체적으로, 대상체의 움직임량을 비교하기 위하여, 제1 영상(1210)에 포함되는 대상체(1211, 1212)와 제2 영상(1220)에 포함되는 대상체(1221, 1222)를 비교한다. 그리고, 비교 결과에 따라서, 비교 영상(1230)에 도시된 바와 같이 대상체의 움직임 량을 구할 수 있다.
도 12의 (b)를 참조하면, 두 영상에 포함되는 대상체의 동일 부위를 나타내는 표면(surface)들을 비교하여, 비교된 표면들의 위치 차이 값 및 방향을 나타내는 움직임 벡터(motion vector)를 구할 수 있다. 그리고, 움직임 벡터를 대상체의 움직임 량으로 이용할 수 있다. 여기서, 움직임 벡터들을 포함하며, 대상체의 소정 부위의 움직임 량을 나타내는 정보가 움직임 벡터장(MVF: motion vector field)이 될 수 있다. 즉, 움직임 벡터장(MVF)은 대상체를 형성하는 표면의 움직임 량을 나타낸다.
여기서, 움직임 벡터장은 대상체의 움직임 추출을 위해 획득되는 정보로, 비강체정합(non-rigid registration)을 이용하여 대상체의 움직임 량을 측정할 수 있다. 또한, 대상체의 움직임 량은 강체정합(rigid registration), 광학적 플로우(optical flow) 및 특징점 매칭(feature matching) 등의 다양한 움직임 측정 기법을 이용하여 측정할 수 있다.
이하에서는, 움직임 벡터장을 획득하기 위하여 비강체정합(non-rigid registration) 방식을 이용하는 경우를 예로 들어 설명한다.
구체적으로, 제1 영상(1210) 또는 제2 영상(1230)의 이미지 격자(image grid)에서 복수개의 제어 지점(control point)을 설정하고, 각 제어 지점에서 최적의 움직임 벡터를 계산한다. 여기서, 움직임 벡터는 움직임의 방향 및 크기를 포함하는 벡터이다. 그리고, 제어 지점들 각각에서의 움직임 벡터들을 삽입(interpolation)하여, 모든 복셀들에서의 움직임 벡터를 나타내는 움직임 벡터장을 구한다. 예를 들어, 움직임 벡터를 삽입(interpolation)하는 방식으로는 B-spline free form deformation 방식을 사용할 수 있다. 또한, 각 제어 지점에서 최적의 움직임 벡터를 계산하는 방법으로는 최적화 기법을 사용할 수 있다. 구체적으로, 최적화 기법은, 반복적으로 복수개의 제어 지점에서의 움직임 벡터를 갱신하여 움직임 벡터장을 갱신하고, 갱신된 움직임 벡터장을 기반으로 제1 영상(1210) 또는 제2 영상(1220)을 와핑한 후, 와핑된 제1 영상 또는 제2 영상을 와핑 전의 제2 영상(1220) 또는 제1 영상(1210)과 비교하여 유사한 정도가 가장 높을 때, 반복을 종료하여 움직임 벡터를 계산하는 방식이다. 여기서, 유사한 정도는 비교 대상이 되는 두 영상 밝기값의 차분 제곱합(sum of squared difference)의 음수를 사용할 수 있다.
또 다른 방법으로는, 대상체의 표면에서 제어 지점(control point)을 설정하고, 제1 영상(1210) 및 제2 영상(1220)에 있어서, 대상체의 동일 지점을 나타내는 제어 지점들을 비교하여, 움직임 벡터를 구할 수 있다. 구체적으로, 제어 지점(Control point)들끼리 매칭(matching)시켜, 제어 지점들 간의 상대적 차이를 구한다. 그리고, 상대적 차이 값을 현재 제어 지점에서 움직임 벡터(Motion Vector)로 사용할 수 있다. 그리고, 제어 지점들 각각에서의 움직임 벡터들을 삽입(interpolation)하여, 모든 복셀들에서의 움직임 벡터를 나타내는 움직임 벡터장을 구한다. 전술한 예에서와 같이, 움직임 벡터를 삽입(interpolation)하는 방식으로는 B-spline free form deformation 방식을 사용할 수 있다.
도 12의 (c)를 참조하면, 전체 시간 구간(1260), 제1 시간 구간(1261) 및 제2 시간 구간(1262)은 각각 도 10의 전체 시간 구간(예를 들어, P1), 제1 시간 구간(P11) 및 제2 시간 구간(P12)에 동일 대응된다.
또한, 도 12의 (c)에 있어서, 제1 정보(1280)를 나타내는 그래프에 있어서, x 축은 전체 시간 구간을 나타내며, y 축은 움직임 량을 나타낸다. 구체적으로, 움직임 벡터장 내의 대상체의 움직임량이 0부터 1 값을 갖도록 정량화한 경우, Y 축은 대상체의 정량화된 움직임 량을 나타낸다. 예를 들어, 움직임 벡터장 내의 움직임 벡터의 절대값을 대상체의 움직임 량이라 할 때, 움직임 벡터의 절대값이 0부터 1값이 되도록 환산할 수 있다.
구체적으로, 제1 정보는 제1 영상(1210)과 제2 영상(1220) 간의 움직임 벡터장(Motion Vector Field)에서의 대상체의 움직임 량과 시간 간의 관계를 나타내는 정보가 될 수 있다. 여기서, 시간은 사용자 등이 설정한 시간 구간이 될 수 있다. 또한, 제1 시점(t1)과 제2 시점(t2) 사이의 시간 구간이 될 수도 있다. 예를 들어, 사용자가 대상체의 움직임을 2초 동안 관찰하고 싶은 경우, 사용자는 전체 시간 구간(1260)을 2초로 설정할 수 있다. 또한, 대상체의 움직임 변화량이 가장 작아지는 두 개의 시점을 제1 시점(t1) 및 제2 시점(t2)으로 설정한 경우, 설정된 제1 시점(t1) 및 제2 시점(t2) 간의 시간 구간을 전체 시간 구간(1260)으로 설정할 수 있다.
또한, 전체 시간 구간(1260)의 시작 구간인 제1 시간 구간(1261)에서 획득된 사이노그램을 이용하여 복원된 제1 영상(1210)을 기준 영상으로 하여, 제2 시간 구간(1262)에서 획득된 사이노그램을 이용하여 복원된 제2 영상(1220)의 움직임 변화량을 측정하면, 제1 영상(1210)의 움직임 량을 0%로, 제2 영상(1220)의 움직임 량을 100% 로 매칭시킬 수 있다.
구체적으로, 대상체의 움직임 량과 시간이 단조 증가의 관계를 가질 때, 데이터 획득부(610)는 영 움직임 벡터장(zero motion vector field)과 제1 영상(1210)과 제2 영상(1220) 간의 움직임 량을 표현하는 움직임 벡터장을 각각 최소 가중치 값 또는 0% 및 최대 가중치 값 또는 100%에 매칭시킬 수 있다. 구체적으로, 영 움직임 벡터장(zero motion vector field)은 전체 시간 구간(1260)의 시작 지점(t=0)에 대응되며, 제1 영상(1210)과 제2 영상(1220) 간의 움직임 량을 표현하는 움직임 벡터장은 전체 시간 구간(1260)의 끝 지점(tend)에 대응될 수 있다. 구체적으로, 제1 영상(1210)과 제2 영상(1220) 간의 움직임 벡터장을 구하였을 때, 움직임 량이 100%인 경우의 움직임 량은 제1 영상(1210)과 제2 영상(1220) 간의 움직임 벡터장에서의 모든 움직임 벡터의 절대값을 합 또는 모든 움직임 벡터의 절대값을 평균 등이 될 수 있다. 또한, 제1 정보에 있어서 움직임 량은 전술한 움직임 벡터장에서 산출된 움직임 량을 가중치 값으로 환산하여 이용할 수 있다.
도 12의 (c)에서는, 제1 영상(1210)과 제2 영상(1220) 간의 움직임 량인 움직임 벡터장의 값을 0 내지 1 값으로 정량화하여 표현하였다. 이하에서는 제1 정보에 있어서, 대상체의 움직임 량에 대응되는 Y축의 값을 '가중치 값'이라 한다.
또한, 도 12의 (c)에 도시된 바와 같이, 제1 정보에 있어서 가중치 값과 시간은 선형성(linear)을 가질 수 있다. 예를 들어, 전체 시간 구간(1260)이 짧은 경우, 예를 들어, 전체 시간 구간(1260)이 0.2초 전후의 값을 가지는 경우, 제1 정보에서 가중치 값과 시간은 선형적인 관계를 가질 수 있다. 구체적으로, 가중치와 시간은 도시된 제1 정보(1270) 형태를 가질 수 있다.
또한, 제1 정보에 있어서 가중치 값과 시간의 관계를 나타내는 그래프의 형태는 대상체의 움직이 패턴에 대응되는 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 전체 시간 구간(1260)이 비교적 긴 경우, 예를 들어, 전체 시간 구간(1260)이 1-2 초 값을 가지는 경우, 제1 정보에서 가중치 값과 시간의 관계는 2차식(quadratic)에 의한 관계 또는 통계적 정보에 의해서 모델링 된 관계에 따라서 결정될 수 있다.
예를 들어, 대상체의 움직임 패턴을 통계적으로 모델링할 수 있다. 구체적으로, 대상체가 심장인 경우 심장의 움직임을 통계적으로 모델링하고, 모델링된 심장 움직임에 대응되도록 제1 정보에서 제1 정보(1270)의 형태를 설정할 수 있다.
또한, 제1 정보에 있어서, 가중치 값과 시간의 관계를 나타내는 그래프의 형태는 초기 설정된 형태를 가질 수 있다. 또한, 제1 정보에 있어서, 가중치 값과 시간의 관계를 나타내는 그래프의 형태는 사용자 인터페이스 부(650)를 통하여 사용자가 그래프의 형태를 설정할 수도 있다.
또한, 제1 정보에 있어서, 대상체의 움직임 패턴을 나타내는 그래프(1270)의 형태는 대상체에 따라서 달라질 수 있다. 예를 들어, 대상체가 심장 전체인 경우 제1 정보에 있어서 그래프의 형태는 심장 전체의 움직임 패턴을 반영할 수 있다. 또한, 대상체가 심장에 포함되는 관상동맥(coronary artery)인 경우, 제1 정보의 그래프(1270) 형태는 관상 동맥의 움직임 패턴을 반영할 수 있다. 또한, 대상체가 심장에 포함되는 관상 동맥이라 하더라도, 심장 내에서의 관상 동맥의 위치에 따라서 움직임 패턴이 달라질 수 있으며, 관상 동맥의 위치 별로 제1 정보의 그래프(1270) 형태를 다르게 설정할 수 있다. 또한, 대상체가 심장에 포함되는 승모판막(MV: Mitral Valve)인 경우, 제1 정보의 그래프 형태는 승모판막의 움직임 패턴을 반영할 수 있다.
또한, 단층 영상을 이미징 하고자 하는 대상체의 부분 영역들 별로 움직임 패턴이 다를 수 있다. 이 경우, 부분 영역들 별로 다른 움직임 패턴을 반영하도록, 부분 영역들 별로 제1 정보를 획득할 수 있다. 그리고, 부분 영역들 별로 다르게 획득된 제1 정보를 이용하여 부분 영역들 별로 움직임 보정을 수행하여, 대상체 전체를 나타내는 목표 영상을 복원할 수도 있을 것이다. 예를 들어, 대상체가 심장인 경우, 좌심실, 우심실, 좌심방, 및 우심방 각각에서 움직임 패턴이 달라질 수 있다. 이 경우, 좌심실, 우심실, 좌심방, 및 우심방 각각에서 제1 정보를 개별적으로 획득하며, 좌심실, 우심실, 좌심방, 및 우심방 각각의 부분 영상의 움직임 보정을 수행하고, 움직임 보정된 부분 영상들을 합성하여 심장을 나타내는 목표 영상을 복원할 수 있다.
또한, 제1 시간 구간(1261)의 중심이 제1 시점(t1)이 될 수 있으며, 제2시간 구간(1262)의 중심이 제1 시점(t2)이 될 수 있다.
또한, 사용자 인터페이스 부(650)는 제1 시점(t1) 및 제2 시점(t2)을 선택하기 위한 사용자 인터페이스 화면(미도시)을 생성할 수 있다. 그러면, 사용자는 사용자 인터페이스 화면을 통하여, 제1 시점(t1) 및 제2 시점(t2)을 선택하여 입력할 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스 화면은 환자의 심전도 신호를 디스플레이할 수 있으며, 사용자는 심전도 신호의 소정 시점들을 제1 시점(t1) 및 제2 시점(t2)으로 선택할 수 있다.
또한, 데이터 획득부(610)는 소정 시간 구간 내에서 대상체의 움직임이 최소화되는 두 개의 시점을 제1 시점(t1) 및 제2 시점(t2)으로 선택할 수 있다. 제1 시점(t1)과 제2 시점(t2)의 설정은 이하에서 도 13 및 도 14를 참조하여 상세히 설명한다. 여기서, 소정 시간 구간은 심전도 신호의 R 피크(R peak)에서 후속하는 R 피크(R peak) 사이의 구간인 R-R 구간이 될 수 있다. 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 단층 촬영 장치의 동작을 설명하기 위한 다른 도면이다.
데이터 획득부(610)는 소정 시간 구간 내에서 제2 시간 간격마다 영상을 재구성하며, 일 시점에서 재구성된 영상과 일 시점에 인접한 다른 시점에서 재구성된 영상 간의 차이를 측정하고, 측정된 차이에 근거하여 대상체의 움직임이 최소화되는 두 개의 시점을 제1 시점 및 제2 시점으로 선택할 수 있다.
도 13의 (a)을 참조하면, 데이터 획득부(610)는 심전도 신호(1310)에서 일정 시간 간격으로 대응되는 영상을 복원한다. 예를 들어, t11 시점에 대응되는 시간 구간에서 게이팅된 사이노그램을 이용하여 단층 영상(1321)을 복원하고, t12 시점에 대응되는 시간 구간에서 게이팅된 사이노그램을 이용하여 단층 영상(1322)을 복원한다. 그리고, t(n-2) 시점에 대응되는 시간 구간에서 게이팅된 사이노그램을 이용하여 단층 영상(1323)을 복원하고, t(n-1) 시점에 대응되는 시간 구간에서 게이팅된 사이노그램을 이용하여 단층 영상(1324)을 복원한다.
그리고, 도 13의 (b)를 참조하면, 데이터 획득부(610)는 인접한 두 개의 시점들(i, i+1)에 대응되는 두 개의 영상들(1341, 1342)을 비교하여, 차이값(1343)을 생성한다. 그리고, 시간 대비 차이값(1343)을 나타내는 그래프(1350)를 생성한다. 구체적으로,
도 13의 (c)를 참조하면, 그래프(1350)에 있어서, x 축은 시간을 나타내고, y 축은 차이값(1243)에 대응되는 값을 나타낼 수 있다.
데이터 획득부(610)는 전술한 그래프(1350)에서 y 축의 값이 최소가 되는 구간인 1361 구간 및 1362 구간을 획득하고, 1361 구간 및 1362 구간에 각각 대응되는 시점을 제1 시점(t1) 및 제2 시점(t2)으로 선택할 수 있다. 인접한 두 시점에 대응되는 두 영상간의 차이가 가장 작다는 것은 인접한 두 시점 사이에 대상체의 움직임이 가장 작게 발생한 것을 의미하므로, y 축의 값이 최소가 되는 구간인 1361 구간 및 1362 구간에서 대상체의 움직임이 가장 최소화된다. 그에 따라서, 데이터 획득부(610)는 심장의 움직임이 가장 정적이면서 안정적인 시간 구간을 획득할 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 단층 촬영 장치의 동작을 설명하기 위한 다른 도면이다.
도 14의 (a)를 참조하면, 데이터 획득부(610)는 소정 시간 구간 내에서 제2 시간 간격마다 프로젝션 데이터를 획득하며, 일 시점에 대응되는 시간 구간에서 획득된 프로젝션 데이터와 일 시점에 인접한 다른 시점에서 획득된 프로젝션 데이터 간의 차이를 측정한다. 그리고, 측정된 차이에 근거하여 대상체의 움직임이 최소화되는 두 개의 시점을 제1 시점 및 제2 시점으로 선택할 수 있다.
도 14의 (a)를 참조하면, 하나의 R-R 주기를 나타내는 카디악 주기(cardiac phase)를 100%로 표현하고, 이를 50등분하여, 하나의 간격을 2%로 표현하였다.
데이터 획득부(610)는 하나의 간격인 2%의 시간 간격마다 프로젝션 데이터를 획득한다. 그리고, 일 시점에 대응되는 시간 구간에서 획득된 프로젝션 데이터를 누적한 사이노그램(1411)과 일 시점에 인접한 다른 시점에 대응되는 시간 구간에서 획득된 프로젝션 데이터를 누적한 사이노그램(1412) 간의 차이 값(1413)을 측정한다. 예를 들어, 사이노그램(1411)은 -2% 내지 0%의 간격 동안 획득된 사이노그램이 될 수 있으며, 사이노그램(1412)는 0% 내지 2%의 간격 동안 획득된 사이노그램이 될 수 있다. 그리고, 측정된 차이 값(1413)을 나타내는 그래프(1430)를 생성한다.
도 14의 (b)를 참조하면, 그래프(1430)의 x 축은 R-R 주기를 나타내는 카디악 주기(cardiac phase)이며, y 축은 차이 값(1413)에 대응되는 값을 나타낸다.
데이터 획득부(610)는 전술한 그래프(1430)에서 차이값인 y 축의 값이 최소가 되는 시점인 1451 시점 및 1452 시점을 획득하고, 1451 시점 및 1452 시점에 각각 대응되는 시점을 제1 시점(t1) 및 제2 시점(t2)으로 선택할 수 있다. 그에 따라서, 데이터 획득부(610)는 심장의 움직임이 가장 정적이면서 안정적인 시간 구간을 획득할 수 있다.
도 13 및 도 14에서 예시된 바와 같이, 대상체의 움직임이 최소화되는 제1 시점(t1) 및 제2 시점(t2)이 선택되고, 제1 시점(t1) 내지 제2 시점(t2) 사이의 시간 구간을 전체 시간 구간(1260)으로 설정할 수 있다.
영상 복원부(620)는 전체 시간 구간(1260) 내에서 제1 시점(t1)과 제2 시점(t2) 이외의 다른 시점인 제3 시점(t3)에서, 제1 정보를 이용하여 예측된 데이터와 제3 시점(t3)에 대응되는 데이터를 비교하고, 비교된 차이값이 작아지도록 제1 정보를 수정할 수 있다. 구체적으로, 영상 복원부(620)는 제1 시점(t1)과 제2 시점(t2) 사이의 시간 구간을 규직적인 시간 간격 또는 불규칙적인 시간 간격마다 이동하면서, 이동된 시점에서 제1 정보의 수정 동작을 수행할 수 있다.
구체적으로, 영상 복원부(620)는 제1 시점(t1)과 제2 시점(t2) 사이의 시간 구간을 n 등분하고, 제1 시점(t1) 및 제2 시점(t2) 중 적어도 하나를 기준으로 n 등분된 제1 시간 간격씩 이동하면서, 이동된 시점에서 제1 정보의 수정 동작을 수행할 수 있다. 구체적으로, 영상 복원부(620)는 제1 시점(t1)에서 제2 시점(t2)으로 제1 시간 간격만큼 이동하며, 이동된 시점을 제3 시점(t3)으로 하여, 제3 시점(t3)에서 제1 정보를 수정할 수 있다. 또한, 영상 복원부(620)는 제2 시점(t2)에서 제1 시점(t1)으로 제1 시간 간격만큼 이동하며, 이동된 시점을 제3 시점(t3)으로 하여, 제3 시점(t3)에서 제1 정보를 수정할 수 있다.
예를 들어, 제1 시점(t1)과 제2 시점(t2) 사이의 시간 구간을 n 등분하면 하나의 시간 간격은 (t2-t1)/n 이 된다. 따라서, 제1 시점(t1)을 기준으로 하나의 시간 간격만큼 이동한 시점(t1+(1/n)*(t2-t1))에서 제1 정보의 수정 동작을 수행하고, 다시 하나의 시간 간격만큼 이동한 시점(t1+(2/n)*(t2-t1))에서 제1 정보의 수정 동작을 수행할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 시점(t1)과 제2 시점(t2) 사이의 시간 구간에 포함되는 n 등분된 시간 간격들 각각에서 제1 정보 수정 동작을 반복적으로 수행할 수 있다.
또한, 제2 시점(t2)을 기준으로 하나의 시간 간격만큼 이동한 시점(t2-(1/n)*(t2-t1))에서 제1 정보의 수정 동작을 수행하고, 다시 하나의 시간 간격만큼 이동한 시점(t2-(2/n)*(t2-t1))에서 제1 정보의 수정 동작을 수행할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 시점(t1)과 제2 시점(t2) 사이의 시간 구간에 포함되는 n 등분된 시간 간격들 각각에서 제1 정보 수정 동작을 반복적으로 수행할 수 있다.
또한, 영상 복원부(620)는 제1 시점(t1)에서 제2 시점(t2)으로 제1 시간 간격만큼 이동하며, 이동된 시점을 제3 시점(t3)으로 하여, 제3 시점(t3)에서 제1 정보를 수정하여 수정된 제2 정보를 획득할 수 있다. 그리고, 영상 복원부(620)는 제2 시점(t2)에서 제1 시점(t1)방향으로, 제2 시점(t2)으로부터 제1 시간 간격만큼 이동하며, 이동된 시점을 제3 시점(t3)으로 하여, 제3 시점(t3)에서 제1 정보를 수정하여 제3 정보를 획득할 수 있다. 그리고, 영상 복원부(620)는 제2 정보와 제3 정보에 근거하여, 수정된 제1 정보를 생성할 수 있다. 구체적으로, 제2 정보와 제3 정보를 평균하여 수정된 제1 정보를 생성할 수 있다.
이하에서는, 제1 시점(t1)과 제2 시점(t2) 사이의 시간 구간 중 제3 시점(t3)에서 제1 정보의 수정 동작을 수행하는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 15는 대상체의 움직임 변화를 설명하기 위한 일 도면이다.
도 15에 있어서, 도시된 대상체(1501)는 도 12의 (a)에서 설명한 대상체(예를 들어, 1211)에 동일 대응될 수 있다.
제1 시점(t11)에 대응되는 제1 영상에 포함되는 대상체와 제2 시점(t2)에 대응되는 제2 영상에 포함되는 대상체를 비교하여, 대상체의 움직임 량 및 제1 정보를 획득하면, 제1 정보를 이용하여 전체 시간 구간(1510)에서의 대상체의 크기 변화를 예측할 수 있다.
도 15를 참조하면, 제1 시점(t1)에 대응되는 제1 영상에 포함되는 대상체(1520)는 제1 크기(1520)를 가지며, 제2 시점(t2)에 대응되는 제2 영상에 포함되는 대상체는 제2 크기(1530)를 가질 수 있다.
예를 들어, 제1 정보에 있어서, 대상체의 움직임 량에 대응되는 가중치 값과 시간이 도 12의 (c)에 도시된 바와 같이 선형적 관계에 있으면, 대상체는 선형적으로 크기가 증가할 것이다.
따라서, 도 15에 도시된 바와 같이, 제3 시점(t13)에서의 대상체의 크기는 제1 크기(1520) 보다 제1 변화량(1542) 만큼 변화하는 것으로 예측할 수 있으며, 그에 따라서 제3 시점(t13)에서의 대상체의 크기는 제3 크기(1521)를 갖는 것으로 예측할 수 있다.
또한, 제4 시점(t14)에서의 대상체의 크기는 제1 크기(1520) 보다 제2 변화량(1544) 만큼 변화하는 것으로 예측할 수 있으며, 그에 따라서 제4 시점(t14)에서의 대상체의 크기는 제4 크기(1522)를 갖는 것으로 예측할 수 있다. 그리고, 제5 시점(t15)에서의 대상체의 크기는 제1 크기(1520) 보다 제3 변화량(1546) 만큼 변화되는 것으로 예측할 수 있으며, 그에 따라서 제5 시점(t15)에서의 대상체의 크기는 제3 크기(1523)를 갖는 것으로 예측할 수 있다.
또한, 제3 시점(t13), 제4 시점(t14) 및 제5 시점(t15)에서의 대상체의 크기는 제2 크기(1530)를 갖는 대상체를 제1 정보에 근거하여 축소시킴으로써 예측할 수도 있을 것이다.
즉, 제1 정보를 이용하여, 제3 시점에서의 크기 변화량을 예측할 수 있으며, 예측된 크기 변화량에 근거하여, 제3 시점에서의 대상체를 나타내는 영상을 획득할 수 있다. 구체적으로, 영상 복원부(620)는 제1 정보에 근거하여, 제1 영상, 제2 영상, 및 제3 시점에 대응되는 로 데이터 중 적어도 하나를 와핑(warping) 시켜 예측 영상을 획득할 수 있다. 여기서, 와핑은 영상 내에 포함되는 대상체를 팽창 또는 축소시켜, 영상 내에 포함되는 대상체의 크기를 예측되는 크기에 맞춰 조절하는 것을 뜻한다.
구체적으로, 도 12의 (c)를 참조하면, 전체 시간 구간(1260)에서 제3 시점(t3)에서의 영상을 예측하기 위하여, 제1 정보(1270)에서 제3 시점(t3)에 대응되는 가중치 값을 이용한다. 제1 정보(1270)에서 제3 시점(t3)에 대응되는 가중치 값(W1)을 획득하고, 제1 영상에 가중치 값(W1)에 대응되는 움직임 량을 적용하여 와핑시키거나, 제2 영상에 (1-W1) 값에 대응되는 움직임 량을 적용하여 와핑시킬 수 있다. 그리고, 와핑된 제1 영상 및 와핑된 제2 영상 중 적어도 하나를 이용하여 제3 시점에 대응되는 영상을 예측할 수 있다. 또는, 제1 정보에 근거하여, 제3 시점에 대응되어 측정된(measured) 로 데이터를 와핑하여, 예측 제3 영상을 획득할 수 있다.
이하에서는, 제1 정보를 이용하여 제3 시점(t3)에 대응하여 예측된 영상을 '예측 제3 영상' 이라 한다. 또한, 전술한 제3 시점에 대응되는 예측 데이터는 예측 제3 영상 또는 예측 제3 영상에 대응되는 프로젝션 데이터 또는 사이노그램이 될 수 있다.
영상 복원부(620)는 예측된 제3 영상과 제3 시점(t3)에서 획득된 측정 데이터를 이용하여 제1 정보를 수정한다. 여기서, '측정 데이터'는 실제 측정된 프로젝션 데이터 또는 사이노그램, 또는 실제 측정된 프로젝션 데이터 또는 사이노그램을 역투영하여 복원한 영상을 뜻한다. 제1 정보의 수정 동작은 이하에서 도 16 및 도 17을 참조하여 상세히 설명한다.
도 16은 제1 정보의 수정을 설명하기 위한 일 도면이다.
도 16을 참조하면, 1610 그래프는 수정 전의 제1 정보를 나타내며, 1620 그래프는 수정 후의 제1 정보를 나타낸다. 또한, 전체 시간 구간(P)에 대응하여 시간에 따라서 획득된 사이노그램(1630)이 도시된다. 사이노그램(1630)은 전체 시간 구간 동안(P)에 단층 촬영을 통하여 획득된 사이노그램을 나타낸다. 즉, 사이노그램(1630)은 단층 촬영 시 감지된 엑스레이를 변환하여 획득된 데이터를 나타내는 것으로, 측정된(measured) 데이터 값이다. 사이노그램(1630)은 전체 시간 구간 동안 레트로스펙티브 모드로 단층촬영을 진행하여 획득할 수 있다. 또한, 사이노그래(1630)은 나선형 스캔 방식에 따라 단층 촬영을 진행하여 획득할 수 있다.
또한, 제3 시점(t3)에 대응되는 영상을 복원하기 위해서 필요한 사이노그램은 제3 시점(t3)에 대응되는 시간 구간 동안에 획득된 사이노그램(1632)로, 1661 에서와 같이 나타날 수 있다. 예를 들어, 리비닝된 평행 빔을 이용하여 프로젝션 데이터를 획득하는 경우, 제3 시점(t3)에 대응되는 영상을 복원하기 위해서는 제3 시점(t3)을 포함하여 180+추가 각도에 해당하는 각도 구간에 대응되는 시간 구간 동안(P3)에 획득된 사이노그램이 필요하다.
영상 복원부(620)는 제1 정보를 이용하여 획득한 예측 제3 영상(1650)을 순방향 투영(forward projection)하여 획득한 예측 사이노그램(1651)과 제3 시점(t3)에서 획득된 측정 사이노그램(1661)을 비교하고, 예측 사이노그램(1651)과 측정 사이노그램(1661)의 차이가 작아지도록 제1 정보를 수정할 수 있다. 구체적으로, 예측 사이노그램(1651)이 측정 사이노그램(1661)과 동일한 값을 가지도록, 제1 정보를 수정할 수 있다.
예를 들어, 제3 시점(t3)에서 보정전의 제1 정보(1610)에서 y 축 값을 증가시킬 때, 측정 사이노그램(1632, 1661)과 예측 사이노그램(1651) 간의 차이가 작아진다면, 제1 정보에서 t3 시점의 가중치 값을 W1에서 W1C 로 증가시킬 수 있다.
또한, 동일한 방식으로, 제3 시점(t3)에서 소정 시간 간격만큼 이동한 제4 시점(t4)에서 제1 정보(1610)의 가중치 값을 수정하고, 제4 시점(t4)에서 소정 시간 간격만큼 이동한 제5 시점(t5)에서 제1 정보(1610)의 가중치 값을 수정할 수 있다.
전술한 바와 같이, 소정 시점에서의 측정 사이노그램과 예측 사이노그램을 비교하고, 비교 결과 산출된 차이값에 근거하여 제1 정보를 수정하면, 전체 시간 구간에서 제1 정보를 수정하여 수정된 제1 정보(1620)를 생성할 수 있다. 수정된 제1 정보(1620)는 대상체의 움직임 패턴을 더욱 정확하게 반영한다. 따라서, 수정된 제1 정보(1620)에 근거하여 제3 시점에서의 대상체의 상태를 정확히 반영하도록 움직임 보정을 수행하면, 제3 시점에 대응되는 영상을 정확하게 복원할 수 있다. 구체적으로, 수정된 제1 정보(1620)에 근거하여, 제3 시점에 대응되는 영상을 복원하기 위해서 획득된 로 데이터, 또는 획득된 로 데이터를 역투영하여 획득된 영상을 와핑시켜서, 제3 시점에 대응되는 영상을 복원하면, 소정 시점에 대응되는 영상을 용이하고 정확하게 복원할 수 있다.
도 17은 제1 정보의 수정을 설명하기 위한 일 도면이다.
또한, 영상 복원부(620)는 제3 시점(t3)에서 획득된 측정 데이터를 역투영(back-projection) 하여 생성된 측정 영상과 예측 영상을 비교하고, 예측 영상과 측정 영상의 차이가 작아지도록 제1 정보를 수정할 수 있다.
도 17을 참조하면, 1710 그래프는 수정 전의 제1 정보를 나타내며, 1720 그래프는 수정 후의 제1 정보를 나타낸다. 또한, 전체 시간 구간에서 획득된 사이노그램(1730)이 도시된다. 사이노그램(1730)은 전체 시간 구간에 대응 동안에 단층 촬영을 통하여 획득된 사이노그램을 나타낸다. 즉, 사이노그램(1730)은 단층 촬영을 통하여 측정된(measured) 데이터 값이다. 또한, 제3 시점(t3)에 대응되는 영상을 복원하기 위해서 필요한 사이노그램은 구체적으로 1751 에서와 같이 나타날 수 있다.
도 17을 참조하면, 영상 복원부(620)는 제2 시점에서 획득된 사이노그램(1751)을 역투영하여 생성된 측정 영상(1752)과, 수정 전의 제1 정보(1710)를 이용하여 제1 영상 및 제2 영상 중 적어도 하나를 와핑하여 생성된 예측 영상(1760)을 비교한다. 예측 영상과 측정 영상의 차이가 작아지도록 제1 정보를 수정할 수 있다.
예를 들어, 제3 시점(t3)에서 보정전의 제1 정보(1710)에서 y 축 값을 증가시킬 때, 측정 영상(1752)과 예측 영상(1760) 간의 차이가 작아진다면, 제1 정보에서 t3 시점의 가중치 값을 W1에서 W1C 로 증가시킬 수 있다.
또한, 동일한 방식으로, 제3 시점(t3)에서 소정 시간 간격만큼 이동한 제4 시점(t4)에서 제1 정보(1710)의 가중치 값을 수정하고, 제4 시점(t4)에서 소정 시간 간격만큼 이동한 제5 시점(t5)에서 제1 정보(1710)의 가중치 값을 수정할 수 있다.
여기서, 수정된 제1 정보를 이용하여 복원하고자 하는 제3 영상에 대응되는 제3 시점(t3)은 도 16 및 도 17에서 설명한 바와 같이 제1 시점(t1) 및 제2 시점(t2) 중 적어도 하나를 기준으로 소정 간격만큼 이동한 시점이 될 수 있다. 또한, 제3 시점(t3)은 사용자 인터페이스 부(650)를 통하여 설정될 수도 있다. 구체적으로, 디스플레이부(630)는 제1 시점(t1) 내지 제2 시점(t2) 사이에서 제3 시점(t3)을 선택하기 위한 사용자 인터페이스 화면(미도시)을 디스플레이할 수 있다. 그러면, 사용자는 사용자 인터페이스부(650)를 통하여 제3 시점(t3)을 선택할 수 있다.
전술한 바와 같이, 수정된 제1 정보(1720)는 대상체의 움직임 패턴을 더욱 정확하게 반영한다. 따라서, 도 16에서와 동일하게, 수정된 제1 정보(1720)에 근거하여 제3 시점에서의 대상체의 상태를 정확히 반영하도록 움직임 보정을 수행하면, 제3 시점에 대응되는 영상을 정확하게 복원할 수 있다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 단층 촬영 장치의 단층 영상 복원 동작을 설명하기 위한 일 도면이다.
도 18을 참조하면, 수정된 제1 정보(1810) 및 전체 시간 구간(P) 동안에 획득된 로 데이터(1830)이 도시된다. 로 데이터(1830)는 연속되는 복수개의 뷰들에 대응되어 획득된 복수개의 프로젝션 데이터들의 집합이 될 수 있다. 또한 로 데이터(1830)은 전체 시간 구간(P)에서 획득된(measured) 사이노그램이 될 수 있다. 수정된 제1 정보(1810)은 도 12의 (c)의 제1 정보 및 도 16 및 도 17을 참조하여 설명한 수정된 제1 정보와 동일 대응되므로, 중복되는 설명은 생략한다.
도 18을 참조하면, 영상 복원부(620)는 전체 시간 구간(P)에서의 대상체의 움직임량을 나타내는 수정된 제1 정보(1810)에 근거하여, 전체 시간 구간(P) 포함되는 소정 시점에 대응되는 단층 영상을 복원할 수 있다.
이하에서는, 영상 복원부(620)가 절반 복원 방식에 따라서 영상 복원을 수행하며, 리비닝된 평행빔을 이용하여 영상 복원을 수행한은 경우를 예로 들어 설명한다. 따라서, 이하에서는, 하나의 단층 영상을 복원하는데 180+a(fan angle) 각도 구간에서 획득된 로 데이터를 이용하여, 하나의 단층 영상을 획득하는 경우를 예로 들어 설명한다.
구체적으로, t1 시점에서의 대상체를 나타내는 단층 영상을 복원하기 위해서는 t1 시점에 대응되며 180+a(fan angle) 각도 구간에서 획득된 로 데이터(1831)가 필요하다. 로 데이터(1831)은 180+a(fan angle) 각도 구간에 대응되는 0 시점부터 a 시점 사이에 획득된 사이노그램(1850)이 될 수 있다. 사이노그램(1850)은 연속하는 복수개의 뷰에 대응되는 복수개의 프로젝션 데이터들(1851, 1852, 1853)에 의해 형성될 수 있다. 또한, t3 시점에서의 대상체를 나타내는 단층 영상을 복원하기 위해서는 t3 시점에 대응되며 180+a(fan angle) 각도 구간에 대응되는 b 시점부터 c 시점 사이에 획득된 로 데이터(1832)가 필요하다. 로 데이터(1832)은 180+a(fan angle) 각도 구간에서 획득된 사이노그램(1860)이 될 수 있다. 사이노그램(1860)은 연속하는 복수개의 뷰에 대응되는 복수개의 프로젝션 데이터들(1861, 1862, 1863)에 의해 형성될 수 있다.
구체적으로, 제3 시점(t3)에 대응되는 최종 제3 영상을 복원하는 경우, 측정 데이터인 사이노그램(1860)을 역투영하여 단층 영상을 복원하고, 복원된 단층 영상을 수정된 제1 정보에 근거하여 와핑하여, 최종 제3 영상을 획득할 수 있다. 여기서, 와핑은 움직이는 대상체의 움직임 보정을 위한 것으로, 이하에서 도 19 내지 도 24를 참조하여 상세히 설명한다.
도 19는 절반 복원 방식에 따른 단층 영상 복원 동작을 설명하기 위한 일 도면이다. 또한, 도 19는 움직이지 않는 대상체를 나타내는 목표 영상의 복원을 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 19의 (a)는 X-ray 생성부(106)가 대상체(1901)를 중심으로 회전하며 단층 촬영을 수행하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 19의 (b)는 단층 촬영을 통하여 획득된 로 데이터를 필터링하여 획득한 프로젝션 데이터들을 역투영하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 19에서는 X-ray 생성부(106)가 대상체(1901)를 중심으로 회전하며 단층 촬영을 수행하며, 여과 역투영법(Filtered Back Projection)을 이용하여 단층 영상을 복원하는 경우를 예로 들어 설명한다. 또한, 대상체(1901)가 도시된 바와 같이 하나의 원형 물체(1902)를 포함하는 경우를 예로 들어 도시한다. 또한, 절반 복원 방식에 따라서 하나의 단층 영상을 복원하기 위해 필요한 한주기 각도 구간은 프로젝션 데이터의 구간인 180+ 팬 각도가 되나, 도 19에서는 설명의 편의상 180도 회전하며 단층 촬영을 수행하여 획득된 로 데이터를 이용하여 하나의 단층 영상을 복원하는 것을 예로 들어 도시하였다.
도 19의 (a)를 참조하면, X-ray 생성부(106)가 원형의 소스 궤적(1910)을 따라 이동하며 소정 각도 간격을 갖는 복수개의 지점들 각각에서 대상체로 엑스레이를 조사하여 프로젝션 데이터(projection data)를 획득한다. 그리고, 프로젝션 데이터를 필터링하여 획득한 필터링된 프로젝션 데이터(filtered projection data)를 획득한다. 도 19에 있어서, 소스 궤적(1910) 상에 위치하는 복수개의 점들은 X-ray 생성부(106)가 위치하여 엑스레이를 방출하는 지점들을 나타낸다. 예를 들어, X-ray 생성부(106)는 0.5도 간격, 1도 간격, 3도 간격 등과 같은 소정 간격마다 이동하며, 대상체(1905)로 엑스레이를 방출할 수 있다. t11 시점에서 회전을 시작하여 t15 시점까지 회전한다. 따라서, t11 시점은 회전 각도 0도에, t15 시점은 회전 각도 180도에 대응된다.
또한, t11 부터 t15 시점까지 회전하여 획득된 프로젝션 데이터들은 도 18에서 설명한 하나의 단면 단층 영상을 복원하는데 필요한 로 데이터(1831, 1832, 또는 1833)에 대응될 수 있다.
구체적으로, X-ray 생성부(106)가 t11 시점에서 대상체(1901)로 엑스레이를 조사하면, 방향(1932)으로 방출된 엑스레이가 대상체(1913)를 투과하여 신호(1931)를 획득한다. 획득된 신호(1931)는 물질에 따른 엑스레이의 투과율 차이로 인하여 대상체의 표면에서 신호값이 달라질 수 있다. 구체적으로, 엑스레이 조사 방향(1932)에 평행한 방향으로 배열된 표면에서 신호값이 달라질 수 있다.
또한, X-ray 생성부(106)가 t12 시점에서 대상체(1901)로 엑스레이를 조사하면, 방향(1934)으로 방출된 엑스레이가 대상체(1914)를 투과하여 신호(1933)를 획득한다. 획득된 신호(1933)는 엑스레이 조사 방향(1934)에 평행한 방향으로 배열된 표면에서 신호값이 달라질 수 있다.
또한, X-ray 생성부(106)가 t13 시점에서 대상체(1901)로 엑스레이를 조사하면, 방향(1936)으로 방출된 엑스레이가 대상체(1915)를 투과하여 신호(1935)를 획득한다. 획득된 신호(1935)는 엑스레이 조사 방향(1936)에 평행한 방향으로 배열된 표면에서 신호값이 달라질 수 있다.
또한, X-ray 생성부(106)가 t14 시점에서 대상체(1901)로 엑스레이를 조사하면, 방향(1938)으로 방출된 엑스레이가 대상체(1916)를 투과하여 신호(1937)를 획득한다. 획득된 신호(1937)는 엑스레이 조사 방향(1938)에 평행한 방향으로 배열된 표면에서 신호값이 달라질 수 있다.
또한, X-ray 생성부(106)가 t15 시점에서 대상체(1901)로 엑스레이를 조사하면, 방향(1924)으로 방출된 엑스레이가 대상체(1917)를 투과하여 신호(1939)를 획득한다. 획득된 신호(1939)는 엑스레이 조사 방향(1924)에 평행한 방향으로 배열된 표면에서 신호값이 달라질 수 있다.
또한, 신호(1931)는 방향(1932)으로 배열되는 표면에 대한 정보를 포함하고 있어서, 신호(1931)를 여과 역투영하여 획득된 영상(1951)는 방향(1932)으로 배열되는 표면을 이미징하는데 기여한다. 또한, 신호(1933)는 방향(1934)으로 배열되는 표면에 대한 정보를 포함하고 있어서, 신호(1933)에 대응되는 필터링된 프로젝션 데이터는 방향(1934)으로 배열되는 표면을 이미징하는데 기여한다. 즉, 각 뷰에서 획득된 프로젝션 데이터는 각각 각 뷰에 대응되는 대상체의 표면을 이미징하는데 기여하게 된다. 이는, 대상체(1901)를 평행 빔으로 프로젝션하여 획득된 프로젝션 데이터의 값과 영상의 주파수 성분 간의 관계를 나타내는 퓨리에 슬라이스 정리(Fourier slice theorem)로도 설명 가능하다. 여기서, '뷰(view)'는 X-ray 생성부(106)가 대상체를 엑스레이를 조사하는 방향, 위치 및/또는 회전 각도 등에 대응된다.
또한, 도 3에서 설명한 DAS(116)에서 신호(예를 들어, 1831)를 획득할 수 있으며, 그리고, 영상 처리부(126)에서 획득된 신호(1931)를 가공하여 필터링된 프로젝션 데이터로 생성할 수 있다. 그리고, 필터링된 프로젝션 데이터를 역투영하여 영상(1951)을 획득한다.
구체적으로, X-ray 생성부(106)가 회전하면서 복수개의 지점들(또는 복수개의 뷰(view)들)에서 엑스레이를 방출하여 복수개의 필터링된 프로젝션 데이터를 획득할 때, 복수개의 필터링된 프로젝션 데이터를 누적하면서 역투영(backprojection)하여 단층 영상을 복원한다. 즉, 필터링된 프로젝션 데이터를 이미지 픽셀들에 뿌려주는 역투영(backprojection) 과정을 통하여 대상체를 나타내는 영상을 획득할 수 있다.
도 19의 (b)를 참조하면, t11 시점에 대응되는 역투영 영상(1951)에는 t11 시점에서의 대상체(1901)에 포함되는 물체(1902)의 표면이 나타난다. 그리고, 반시계 방향으로 회전하면서 획득된 복수개의 뷰들 각각에 대한 필터링된 프로젝션 데이터를 누적하며 역투영한다.
예를 들어, 22.5도 각도 구간 내에서 획득된 필터링된 프로젝션 데이터들을 누적하며 역투영하여 역투영 영상(1953)을 획득한다. 역투영 영상(1953)에는 대상체(1901) 내의 물체(1902)의 일부 표면(1954)이 나타난다.
계속하여, 45도 각도 구간 내에서 획득된 필터링된 프로젝션 데이터들을 누적하며 역투영하여 역투영 영상(1955)을 획득한다. 역투영 영상(1955)에는 대상체(1901) 내의 물체(1902)의 일부 표면(1956)이 나타난다.
계속하여, 98도 각도 구간 내에서 획득된 필터링된 프로젝션 데이터들을 누적하며 역투영하여 역투영 영상(1957)을 획득한다. 역투영 영상(1957)에는 대상체(1901) 내의 물체(1902)의 일부 표면(1958)이 나타난다.
계속하여, 180도 각도 구간 내에서 획득된 필터링된 프로젝션 데이터들을 누적하며 역투영하여 역투영 영상(1959)을 획득한다. 역투영 영상(1959)에는 대상체(1901) 내의 물체(1902) 표면이 전체적으로 나타난다.
움직이지 않는 대상체의 경우, 한주기 각도 구간에 포함되는 복수개의 시점들인 t11 시점, t12 시점, t13 시점, t14 시점, 및 t15 시점 각각에서의 대상체의 상태, 예를 들어, 크기, 위치 및 형태 중 적어도 하나,는 동일하다.
따라서, 한주기 각도 구간에 포함되는 복수개의 뷰에서 대응되는 복수개의 프로젝션 데이터들을 여과 역투영한 데이터를 누적하여 단층 영상을 복원하는데 있어서, 복수개의 뷰들 각각에서의 대상체의 상태가 동일하므로, 최종적으로 복원된 영상(1959)에서 움직임 아티팩트에 의한 블러링이 발생하지 않는다.
도 20은 절반 복원 방식에 따른 단층 영상 복원 동작을 설명하기 위한 다른 도면이다. 구체적으로, 도 20의 (a)는 X-ray 생성부(106)가 대상체(2005)를 중심으로 회전하며 단층 촬영을 수행하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 20의 (b)는 단층 촬영을 통하여 획득된 로 데이터를 필터링하여 획득한 프로젝션 데이터들을 역투영하는 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 20의 (b)에서는 여과 역투영법(Filtered Back Projection)을 이용하여 단층 영상을 복원하는 경우를 예로 들어 설명한다. 또한, 대상체(2005)가 도시된 바와 같이 두 개의 원형 물체(2006, 1807)를 포함하는 경우를 예로 들어 도시한다. 이하에서는, 설명의 편의상 상부의 원형 물체(2006)를 '제1 물체(2006)'라 칭하며, 하부의 원형 물체(2007)을 '제2 물체(2007)'라 칭한다. 전술한 바와 같이, 절반 복원에 있어서 한주기 각도 구간은 180+팬 각도가 되나, 도 20의 (a)에서는 설명의 편의상 180도 회전하며 단층 촬영을 수행하는 경우를 예로 들어 도시하였다.
도 20의 (a)를 참조하면, X-ray 생성부(106)가 원형의 소스 궤적(2010)을 따라 이동하며 소정 각도 간격을 갖는 복수개의 지점들 각각에서 대상체로 엑스레이를 조사하여 프로젝션 데이터(projection data)를 획득한다. 그리고, 프로젝션 데이터를 필터링하여 획득한 필터링된 프로젝션 데이터(filtered projection data)를 획득한다. 도 20의 (a)에 있어서, 소스 궤적(2010) 상에 위치하는 복수개의 점들은 X-ray 생성부(106)가 위치하여 엑스레이를 방출하는 지점들을 나타낸다. 예를 들어, X-ray 생성부(106)는 0.5도 간격, 1도 간격, 3도 간격 등과 같은 소정 간격마다 이동하며, 대상체(2005)로 엑스레이를 방출할 수 있다. t11에서 회전을 시작하여 t15까지 회전한다. 따라서, t11은 회전 각도 0도에, t15은 회전 각도 180도에 대응된다.
t11, t12, t13, t14, 및 t15 각각에서 대상체는 대상체(2020), 대상체(2021), 대상체(2022), 대상체(2023), 및 대상체(2030)에서와 같이 움직일 수 있다. 구체적으로, 대상체(1085)에 포함되는 제1 물체(2006)는 해당 위치에서 크기가 팽창하며, 제2 물체(2007)는 크기는 팽창하지 않으나 좌측에서 우측으로 이동할 수 있다.
구체적으로, X-ray 생성부(106)가 t11에서 대상체(2005)로 엑스레이를 조사하면, 방향(2045)으로 방출된 엑스레이가 대상체(2020)를 투과하여 신호(2040)를 획득한다. 획득된 신호(2040)는 물질에 따른 엑스레이의 투과율 차이로 인하여 대상체의 표면에서 신호값이 달라질 수 있다. 구체적으로, 엑스레이 조사 방향(2045)에 평행한 방향으로 배열된 표면에서 신호값이 달라질 수 있다.
또한, X-ray 생성부(106)가 t12에서 대상체(2005)로 엑스레이를 조사하면, 방향(2046)으로 방출된 엑스레이가 대상체(2021)를 투과하여 신호(2041)를 획득한다. 획득된 신호(2041)는 엑스레이 조사 방향(2046)에 평행한 방향으로 배열된 표면에서 신호값이 달라질 수 있다.
또한, X-ray 생성부(106)가 t13에서 대상체(2005)로 엑스레이를 조사하면, 방향(2047)으로 방출된 엑스레이가 대상체(2022)를 투과하여 신호(2042)를 획득한다. 획득된 신호(2042)는 엑스레이 조사 방향(2047)에 평행한 방향으로 배열된 표면에서 신호값이 달라질 수 있다.
또한, X-ray 생성부(106)가 t14에서 대상체(2005)로 엑스레이를 조사하면, 방향(2049)으로 방출된 엑스레이가 대상체(2023)를 투과하여 신호(2043)를 획득한다. 획득된 신호(2043)는 엑스레이 조사 방향(2049)에 평행한 방향으로 배열된 표면에서 신호값이 달라질 수 있다.
또한, X-ray 생성부(106)가 t15에서 대상체(2005)로 엑스레이를 조사하면, 방향(2050)으로 방출된 엑스레이가 대상체(2030)를 투과하여 신호(2044)를 획득한다. 획득된 신호(2044)는 엑스레이 조사 방향(2050)에 평행한 방향으로 배열된 표면에서 신호값이 달라질 수 있다.
또한, 신호(2040)는 방향(2045)으로 배열되는 표면에 대한 정보를 포함하고 있어서, 신호(2040)를 여과 역투영하여 생성된 영상(2061)는 방향(2045)으로 배열되는 표면을 이미징하는데 기여한다. 또한, 신호(2041)는 방향(2046)으로 배열되는 표면에 대한 정보를 포함하고 있어서, 신호(2041)에 대응되는 필터링된 프로젝션 데이터는 방향(1946)으로 배열되는 표면을 이미징하는데 기여한다. 즉, 각 뷰에서 획득된 프로젝션 데이터는 각각 각 뷰에 대응되는 대상체의 표면을 이미징하는데 기여하게 된다. 여기서, '뷰(view)'는 X-ray 생성부(106)가 대상체를 엑스레이를 조사하는 방향, 위치 및/또는 회전 각도 등에 대응된다.
또한, 도 3에서 설명한 DAS(116)에서 신호(예를 들어, 2040)를 획득할 수 있으며, 그리고, 영상 처리부(126)에서 획득된 신호(2040)를 가공하여 필터링된 프로젝션 데이터로 생성할 수 있다. 그리고, 필터링된 프로젝션 데이터를 역투영하여 영상(2061)을 획득한다.
구체적으로, X-ray 생성부(106)가 회전하면서 복수개의 지점들(또는 복수개의 뷰(view)들)에서 엑스레이를 방출하여 복수개의 필터링된 프로젝션 데이터를 획득할 때, 복수개의 필터링된 프로젝션 데이터를 누적하면서 역투영(backprojection)하여 단층 영상을 복원한다. 즉, 필터링된 프로젝션 데이터를 이미지 픽셀들에 뿌려주는 역투영(backprojection) 과정을 통하여 대상체를 나타내는 영상을 획득할 수 있다.
도 20의 (b)를 참조하면, t11에 대응되는 역투영 영상(2061)에는 t11에서의 대상체(2020)에 포함되는 제1 물체(2011)의 표면(2062) 및 제2 물체(2012)의 표면(2063)이 나타난다. 그리고, 반시계 방향으로 회전하면서 획득된 복수개의 뷰들 각각에 대한 필터링된 프로젝션 데이터를 누적하며 역투영한다.
예를 들어, 22.5도 각도 구간 내에서 획득된 필터링된 프로젝션 데이터들을 누적하며 역투영하여 역투영 영상(2065)을 획득한다. 역투영 영상(2065)에는 대상체(2005) 내의 제1 물체(2006)의 일부 표면(2066) 및 제2 물체(2007)의 일부 표면(2076)이 나타난다.
계속하여, 45도 각도 구간 내에서 획득된 필터링된 프로젝션 데이터들을 누적하며 역투영하여 역투영 영상(2070)을 획득한다. 역투영 영상(2070)에는 대상체(2005) 내의 제1 물체(2006)의 일부 표면(2071) 및 제2 물체(2007)의 일부 표면(2072)이 나타난다.
계속하여, 150도 각도 구간 내에서 획득된 필터링된 프로젝션 데이터들을 누적하며 역투영하여 역투영 영상(2075)을 획득한다. 역투영 영상(2075)에는 대상체(2005) 내의 제1 물체(2006)의 일부 표면(2076) 및 제2 물체(2007)의 일부 표면(2077)이 나타난다.
계속하여, 180도 각도 구간 내에서 획득된 필터링된 프로젝션 데이터들을 누적하며 역투영하여 역투영 영상(2080)을 획득한다. 역투영 영상(2075)에는 대상체(2005) 내의 제1 물체(2006) 및 제2 물체(2007)의 표면이 전체적으로 나타난다.
도 20의 (b)에 있어서, 영상(2090)은 역투영 과정을 통하여 최종적으로 복원된 대상체를 나타내는 단층 영상이다.
그러나, 대상체의 움직임으로 인하여, 각 뷰에서 획득된필터링된 프로젝션 데이터들 간의 표면 정보가 불일치하게 된다. 따라서, 한주기 각도 구간에서 획득된 복수개의 필터링된 프로젝션 데이터들을 누적할 경우, 도시된 바와 같이 표면이 명확하게 표현되지 못하고 블러링(blurring)(2081, 1882)되어 나타나게 된다.
본원에서는 도 20에서 예시된 대상체(2005)에서와 같이 대상체 내부가 다양한 물질, 표면, 및/ 또는 형태를 포함하는 경우에도 대상체의 움직임을 추정할 수 있으며, 단층 촬영의 대상이 되는 대상체에 제한이 없이, 대상체의 움직임을 정확하게 추정할 수 있으며, 그에 따른 움직임이 보정된 영상을 복원할 수 있다. 수정된 제1 정보를 이용한 최종 제3 영상의 복원 동작은 이하에서 도 21 내지 도 24를 참조하여 상세히 설명한다.
도 21는 움직임 보정된 단층 영상을 복원하는 동작을 설명하기 위한 일 도면이다.
영상 복원부(620)는 대상체의 움직임을 나타내는 정보, 예를 들어, 움직임 벡터장을 이용하여 목표 시점(Ttarget)에서의 대상체를 나타내는 영상을 복원한다. 여기서, 목표 시점(Ttarget)은 복원하고자 하는 시점으로, 도 18에 있어서, 로 데이터(1832)를 이용하여 복원하고자 하는 제3 영상의 목표 시점(Ttarget)은 제3 시점(t3)이 된다.
이하에서는, 수정된 제1 정보(2180)를 이용하여 제3 영상의 움직임을 보정하여 움직임 보정된 영상인 최종 제3 영상을 생성하는 동작을 상세히 설명한다. 도 21에 있어서, 목표 시점이 제3 시점(t3)인 경우를 예로 들어, 제3 시점(t3)에서의 대상체를 나타내는 영상인 최종 제3 영상을 복원하는 경우를 예로 들어 설명한다. 또한, 도 18 및 도 21에서는 목표 시점인 제3 시점(t3)은 한주기 각도 구간의 중간이 되는 시점이 되는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 12를 참조하여 설명한 바와 같이, 움직임 벡터장(1250)을 이용하여 제1 정보(1280)를 획득할 수 있다. 도 21을 참조하면, 수정된 제1 정보(2180)는 최종 제3 영상을 복원하는데 필요한 한주기 각도 구간에서의, 대상체의 움직임 량을 나타내는 정보이다. 구체적으로, 수정된 제1 정보(2180)는 도 18에서 설명한 b 시점부터 c 시점 까지의 시간 구간 동안에 대상체의 움직임량을 나타내는 정보가 된다. 따라서, 도 21에 도시된 수정된 제1 정보(2180)는 도 18에 도시된 수정된 제1 정보(1810) 중 b 시점에서 c 시점 동안의 시간 구간에 동일 대응된다.
수정된 제1 정보(2180)를 이용하여, 목표 시점(Ttarget)에서의 대상체의 움직임 정도를 예측할 수 있다. 또는 수정된 제1 정보(2180)을 이용하여, 목표 시점(Ttarget)에서의 대상체의 크기, 형태, 및 위치 중 적어도 하나를 포함하는 상태를 예측할 수도 있다.
도 20에서 전술한 바와 같이, 한주기 각도 구간 내에 포함되는 각 뷰 또는 소정 각도 구간에서 획득된 프로젝션 데이터들은 대상체의 서로 다른 표면 또는 서로 다른 영역을 이미징하는데 기여한다.
영상 복원부(620)는 목표 영상을 복원하는데 있어서, 목표 시점(Ttarget)에서 획득된 프로젝션 데이터에 의해 이미징되는 대상체의 표면 부위 또는 대상체의 영역을 제외한, 목표 시점(Ttarget) 이외의 시점에서 획득된 프로젝션 데이터들에 의해 이미징되는 대상체의 표면 부위 또는 대상체의 영역은 제1 정보를 이용하여 움직임 보정(motion correction)을 수행할 수 있다.
도 21에서는 설명의 편의 상, 하나의 단면 영상을 복원하기 위해 필요한 프로젝션 데이터들의 각도 구간인 한주기 각도 구간을 5개의 각도 구간(2101, 2102, 2103, 2104, 2105)으로 분할하고, 분할된 각도 구간 각각에서 획득된 프로젝션 데이터들을 역투영한 영상들이 도시된다. 구체적으로, 제1 각도 구간(2101)에서 획득된 프로젝션 데이터들을 역투영하여 부분 영상(2121)을 획득한다. 그리고, 제2 각도 구간(2102)에서 획득된 프로젝션 데이터들을 역투영하여 부분 영상(2131)을 획득한다. 그리고, 제3 각도 구간(2103)에서 획득된 프로젝션 데이터들을 역투영하여 부분 영상(2141)을 획득한다. 그리고, 제4 각도 구간(2104)에서 획득된 프로젝션 데이터들을 역투영하여 부분 영상(2151)을 획득한다. 또한, 그리고, 제5 각도 구간(2105)에서 획득된 프로젝션 데이터들을 역투영하여 부분 영상(2161)을 획득한다.
도 21을 참조하면, 한주기 각도 구간의 시작 시점(t=a) 및 끝 시점(t=b)은 각각 도 18에서 설명한 로 데이터(1832)에 대응되는 각도 구간의 첫 시점인 b 시점 및 끝 시점이 c 시점에 동일 대응된다. 목표 시점(Ttarget)을 한주기 각도 구간의 중간 시점으로 설정한 경우가 예시된다. 도 20에서 설명한 바와 같이, 목표 시점(Ttarget)에 인접한 각도 구간에서 획득된 프로젝션 데이터를 역투영하면 부분 영상(2141)에서와 같이 좌우 방향으로 배열되는 표면들(2142, 2143, 2144, 2145)만이 이미징된다. 부분 영상(2141)에서 이미징되지 않은 표면들은 한주기 각도 구간 중 목표 시점을 포함하는 각도 구간인 제3 각도 구간(2103)을 제외한 각도 구간들에서 획득된 프로젝션 데이터들을 이용하여 이미징한다.
영상 복원부(620)는 부분 영상(2141)에서 이미징되지 않은 표면들을 이미징하는데 있어서, 수정된 제1 정보를 이용하여 블러링이 최소화되도록 움직임 보정을 수행할 수 있다.
구체적으로, 제1 각도 구간(2101)에서 획득된 부분 영상(2121)에 나타나는 표면들 또는 부분 영역들을 수정된 제1 정보에 근거하여 보정한다. 즉, 수정된 제1 정보(2180)를 참조하면, b 시점에서의 움직임 량(W)은 W11 이고, c 시점에서의 움직임량(W)은 W12이다. 설명의 편의상, 제1 각도 구간(2101)을 나타내는 t11 시점에서의 대상체의 움직임량(W)이 a 시점에서의 대상체의 움직임량과 동일하게 W11이 되고, 제5 각도 구간(2105)을 나타내는 t15 시점에서의 대상체의 움직임량(W)이 b 시점에서의 대상체의 움직임량과 동일하게 W12라고 하자. 또한, 목표 시점인 제3 시점(t3)에서의 대상체의 움직임 량이 W1 고 하자. 그러면, 제1 각도 구간(2101)에 대응되는 부분 영상(2121) 내 포함되는 대상체를 움직임 량 (W1-W11)만큼 와핑(warping)시켜야 제3 시점(t3)에서의 대상체의 표면을 정확하게 획득할 수 있다. 따라서, 한주기 각도 구간에서 발생한 전체 움직임량인 (W12-W11)에 대비하여 a 시점에서 제3 시점(t3)까지 발생한 움직임 량(2124)에 근거하여, 부분 영상(2121)을 움직임 보정(motion correction)하여 보정된 부분 영상(2122)을 생성한다. 여기서, 전체 움직임 량(2123)은 한주기 각도 구간에서 발생한 전체 움직임량인 (W12-W11)이 되며, 움직임 량(2124)은 t=a에서의 움직임 량(W11)과 목표 시점(Ttarget)인 제3 시점(t3)에서의 움직임 량(W1)의 차이 값인 (W1-W11)에 대응될 수 있다. 구체적으로, 전체 움직임 량(2123)은 a 시점에서의 영상과 b 시점에서의 영상 간의 움직임 벡터장에 대응되는 값이 될 수 있다. 예를 들어, 전체 움직임량(2123)은 a 시점에서의 영상과 b 시점에서의 영상 간의 움직임 벡터장에 포함되는 모든 움직임 벡터들의 절대값을 합을 가중치 값으로 환산한 값이 될 수 있다.
나머지 각도 구간들에서도 제1 각도 구간에서와 동일한 방식으로 움직임 보정을 수행한다. 구체적으로, 전체 움직임량(2123)에 대비하여 t12에서 목표 시점(Ttarget) 인 제3 시점(t3)까지 발생한 움직임 량(2134)에 근거하여, 제2 각도 구간(2102)에서 획득된 프로젝션 데이터들을 역투영한 부분 영상(2131)을 움직임 보정(motion correction)하여 보정된 부분 영상(2122)을 생성한다.
또한, 전체 움직임량(2123)에 대비하여 끝 시점(t=b)에서 목표 시점(Ttarget)인 제3 시점(t3)까지 발생한 움직임 량(2164)에 근거하여, 제5 각도 구간(2105)에서 획득된 프로젝션 데이터들을 역투영한 부분 영상(2161)을 움직임 보정(motion correction)하여 보정된 부분 영상(2162)을 생성한다. 또한, 전체 움직임량(2123)에 대비하여 t14에서 목표 시점(Ttarget)까지 발생한 움직임 량(2154)에 근거하여, 제4 각도 구간(2104)에서 획득된 프로젝션 데이터들을 역투영한 부분 영상(2151)을 움직임 보정(motion correction)하여 보정된 부분 영상(2152)을 생성한다.
여기서, 목표 시점(Ttarget)을 기준으로, 목표 시점(Ttarget) 이전 시점에서 획득된 프로젝션 데이터들을 이용한 움직임 보정과 목표 시점(Ttarget) 이후 시점에서 획득된 프로젝션 데이터들을 이용한 움직임 보정은 상호 반대 방향으로 수행될 수 있다. 구체적으로, 수정된 제1 정보(2180)를 참조하면, 목표 시점(Ttarget) 이전 시점에서는 움직임 량(W)이 증가하는 방향(2185)으로 움직임 보정을 수행하고, 목표 시점(Ttarget) 이후 시점에서는 움직임 량(W)이 감소하는 방향(2186)으로 움직임 보정을 수행한다. 따라서, t11 시점에서의 전체 움직임 량(2123)의 방향과 t15에서의 전체 움직임량(2123)을 반대 방향으로 도시하였다.
그리고, 보정된 부분 영상들(2122, 2132, 2152, 2162) 및 목표 시점(Ttarget)을 포함하는 제3 각도 구간(2103)에서 획득된 부분 영상(2141)을 이용하여, 목표 시점(Ttarget)인 제3 시점(t3)에 대응되는 최종 제3 영상을 복원할 수 있다. 여기서, 보정된 부분 영상들(2122, 2132, 2152, 2162)은 제3 시점(t3)에서의 대상체의 움직임 상태를 정확하게 반영하고 있으므로, 수정된 제1 정보를 이용하여 움직임 보정되어 복원된 최종 제3 영상은 모션 아티팩트가 최소화되어 생성될 수 있다.
모션 보정을 수행하지 않고, 움직이는 대상체를 단층 촬영하여 영상을 복원하는 경우, 목표 시점에서 먼 시점에서 획득된 프로젝션 데이터에 기인한 표면 부분에 블러링이 심하게 발생할 수 있다. 구체적으로, 목표 시점(Ttarget)을 포함하는 제3 각도 구간(2103)에서 획득된 부분 영상(2141)에서는 좌우 방향으로 확장되는 표면들이 이미징되며, 부분 영상(2141)에서 이미징되지 않은 상하 방향으로 확장되는 표면들은 목표 시점에서 가장 멀리 떨어져 있는 t11 시점 및 t15에 대응되는 부분 영상(2121) 및 부분 영상(2161)에서 이미징된다. 대상체의 움직임으로 인하여, 시작 각도 구간인 제1 각도 구간(2101)에서 획득된 부분 영상(2121) 및 끝 각도 구간인 제5 각도 구간(2105)에서 획득된 부분 영상(2161)에서 이미징된 표면들은 서로 위치 및 크기에 있어서 차이가 심하다. 즉, 시작 각도 구간에서 획득된 프로젝션 데이터들과 끝 각도 구간에서 획득된 프로젝션 데이터들이 최종적으로 복원되는 영상에서 블러링을 가장 심하게 야기하게 된다. 따라서, 목표 영상 내에서의 상하 방향으로 확장되는 표면들은, 부분 영상(2121) 및 부분 영상(2161)에서 이미징된 위치 및 크기 차이를 갖는 표면들로 인하여, 블러링되게 된다.
본 발명의 실시예에서는, 영상 복원부(620)에서 제1 정보를 이용하여, 한주기 각도 구간에서 획득된 복수개의 부분 영상들의 움직임 보정을 수행하여 목표 영상(2170)을 생성함으로써, 움직임 아티팩트를 감소시킬 수 있다.
또한, 한주기 각도 구간의 시작과 끝 시점인 t11 시점 및 t15의 중간에 목표 시점(Ttarget)을 설정하면, 복원된 영상 내에서의 움직임 아티팩트를 최소화할 수 있다. 따라서, 목표 시점(Ttarget)을 한주기 각도 구간의 중간 시점으로 설정하고, 수정된 제1 정보를 이용하여 움직임 보정을 수행하면, 최적화된 화질을 갖는 목표 영상을 복원할 수 있다.
또한, 도 21에서는 한주기 각도구간을 복수개의 각도 구간들로 분할하고, 각도 구간들에 대응되는 역투영 영상들 별로 움직임 보정을 수행하는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 한주기 각도 구간에 포함되는 각 뷰(view)에서 획득된 프로젝션 데이터를 역투영한 부분 영상에 대하여 움직임 보정을 수행하거나 또는 각 뷰들에서 획득된 프로젝션 데이터를 역투영하는 과정에서, 움직임 보정을 수행할 수도 있다. 또한, 몇 개의 뷰를 포함하는 하나의 뷰 그룹에서 획득된 프로젝션 데이터들을 역투영한 부분 영상에 대하여 움직임 보정을 수행하거나 또는 뷰 그룹에서 획득된 프로젝션 데이터들을 역투영하는 과정에서, 움직임 보정을 수행할 수도 있을 것이다.
또한, 도 21 에서는 부분 영상들에 대하여 움직임 보정을 수행하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 각 뷰에 대응되는 프로젝션 데이터 각각에 대한 움직임 보정을 수행하고, 보정된 프로젝션 데이터들을 여과 역투영하여 목표 영상을 복원할 수도 있을 것이다.
도 22는 단층 영상을 복원하기 위해서 이용되는 와핑 동작을 설명하기 위한 일 도면이다.
영상 복원부(620)는 목표 영상을 복원하기 위해서, 한주기 각도 구간에 포함되는 복수개의 뷰에서 획득된 필터링된 프로젝션 데이터를 대상체를 나타내는 이미지 도메인(2201) 상으로 뿌려주는 역투영(back-projection)을 수행한다. 이하에서는, 이미지 도메인(2201)에 포함되는 일부 영역(2202)에 대한 역투영을 설명한다. 여기서, '영역(2202)'는 도시된 바와 같이 픽셀값들을 포함하는 영상 데이터가 될 수도 있으며, 픽셀값들에 의해서 이미징된 영상 자체가 될 수도 있다. 또한, '영역(2202)'은 대상체의 영상화를 위한 이미지 공간 자체가 될 수도 있다. 도 22에서는 한주기 각도 구간의 시작 시점인 제1 시점(T1)에서 방향(2211)으로 엑스레이가 조사되어 획득된 필터링된 프로젝션 데이터(2210)를 역투영하는 경우를 예로 들어 설명한다. 여기서, 영역(2202)에 포함되는 영상 데이터들를 '역투영된 프로젝션 데이터'라 칭할 수 있다.
도 22를 참조하면, 영상 복원부(620)는 대상체를 이미징하기 위한 복수개의 필셀들로 구성되는 이미지 격자(image grid)를 제1 정보에 근거하여 목표 시점(Ttarget)에서의 대상체의 움직임량에 따라서 와핑(warping)시키고, 와핑된 이미지 격자를 이용하여 목표 영상을 복원할 수 있다.
구체적으로, 도 22를 참조하면, 필터링된 프로젝션 데이터(2210)는 필터링된 프로젝션 데이터(2210)를 영역(2202)에 포함되는 이미지 격자(image grid)에 뿌려준다. 여기서, 필터링된 프로젝션 데이터(2210)를 이미지 공간인 이미지 격자 상으로 뿌려주는 것을 '역투영(back-projection)'이라 한다.
그에 따라서, 영역(2202)에는 도시된 바와 같은 픽셀 값들(2213)이 채워진다. 대상체에서 움직임 발생하지 않았다면, 각 뷰에 따른 필터링된 프로젝션 데이터(2210)를 누적하여 이미지 격자에 뿌려주면서 영상을 이미징하여도, 복원된 목표 영상에 움직임 아티팩트가 발생하지 않았을 것이다. 그러나, 한주기 각도 구간 동안에 대상체에 움직임이 발생하였다면, 각 뷰에서 획득된 복수개의 필터링된 프로젝션 데이터들에서 대상체의 동일 부위를 나타내는 표면들 간에 차이가 발생한다. 그에 따라서, 각 뷰에 따른 필터링된 프로젝션 데이터(2210)를 누적하여 이미지 격자에 뿌려주면서 영상을 이미징할 경우, 복원된 목표 영상에 움직임 아티팩트가 발생하게 된다.
본원의 실시예에서는 움직이는 대상체의 움직임 아티팩트를 최소화하기 위해서, 도 21에서 설명한 바와 같이 움직임 보정을 수행한다. 이하에서, 움직임 보정을 위한 영상 복원부(620)의 이미지 격자의 와핑을 상세히 설명한다.
영상 복원부(620)는 대상체의 움직임을 나타내는 수정된 제1 정보를 이용하여, 영역(2202)과 동일 부위를 이미징하기 위한 이미지 격자(2230)를 영역(2202)에서의 목표 시점으로의 대상체의 움직임 량을 나타내는 움직임 벡터장에 따라서 와핑(warping)한다. 예를 들어, 이미지 격자(2230)에서 좌측 상부 영역은 벡터(2207)에 따라서 와핑될 수 있다. 여기서, 움직임 벡터장(MVF)(2207)은 대상체의 표면의 움직임량을 나타낸다.
그에 따라서, 이미지 격자(2230)로부터 와핑된 이미지 격자(2240)가 생성된다. 영상 복원부(620)는 와핑된 이미지 격자(2240) 상으로 필터링된 프로젝션 데이터(2210)에 포함되는 픽셀값들을 뿌려준다. 그에 따라서, 영역(2202)에 동일 대응되는 영역(2235)에 도시된 바와 같이 픽셀 값들이 포함되게 된다. 영역(2235)에 있어서, 점선으로 표시되는 사각 이미지 격자(2241)는 와핑이 적용되지 않은 일반적인 이미지 격자를 나타낸다.
계속하여, 영상 복원부(620)는 와핑된 이미지 격자(2240)에 따른 픽셀값들을 포함하는 영역(2235)을 다시 사각 이미지 격자(2241)에 따른 픽셀값들을 포함하는 영역(2245)으로 리샘플링(resampling)한다. 구체적으로, 와핑된 이미지 격자(2240)에 따른 픽셀값들을 사각 이미지 픽셀 메트릭스(quadratic image pixel matrix)를 이용해 보간(interpolation)하여, 카테시안 좌표(cartesian coordinate)에 따른 픽셀값들로 변환한다.
이하에서는 와핑된 이미지 격자(2240)에 포함되는 픽셀값들(2242, 2243)을 사각 이미지 격자(2241)에 포함되는 픽셀값(2254)으로 리샘플링 하는 경우를 예로 들어 설명한다. 와핑된 이미지 격자(2240)에 포함되는 픽셀(2242)은 신호값 '2'를 갖고, 픽셀(2243)은 신호값 '1'을 갖는다. 즉, 픽셀(2242) 전체에 포함되는 영상 신호 값이 2가 되므로, 픽셀(2242) 내의 면적 비율로 신호값 '2'가 분산되어 포함된다. 따라서, 픽셀(2242) 전체 면적의 절반에 해당하는 부분 영역(2261)에는 신호값 '1'이 포함될 수 있다. 또한, 픽셀(2243) 전체에 포함되는 영상 신호 값이 1이 되므로, 픽셀(2243) 내의 면적 비율로 신호값 '1'이 분산되어 포함된다. 따라서, 픽셀(2242) 전체 면적의 절반에 해당하는 부분 영역(2262)에는 신호값 '0.5'가 포함될 수 있다. 또한, 부분 영역(2261) 및 부분 영역(2262)을 포함하는 사각 이미지 격자(2241, 2251)에 따른 픽셀(2254)에는 부분 영역(2261)의 신호값 '1' 및 부분 영역(2262)의 신호값 '0.5'를 합한 신호값인 '1.5'가 포함될 수 있다.
그에 따라서, 리샘플링된 영역(2245)은 사각 이미지 격자(2251)에 따라 픽셀값들이 배치된다. 따라서, 영역(2235)에 포함되는 모든 픽셀값들(을 리샘플링하여, 영역(2245)에 포함되는 픽셀값들(2255)을 생성할 수 있다.
또한, 와핑된 이미지 격자에 따라 배치되는 픽셀값들을 사각 이미지 격자에 따라 배치되는 픽셀값들로 변환하는 방법은 전술한 예시 이외에도 다양한 방법이 적용될 수 있다.
또한, 한주기 각도 구간에 포함되는 복수개의 뷰에 대응되는 모든 역투영된 프로젝션 데이터들 각각에 대하여, 와핑을 이용한 움직임 보정을 수행하는 것으로, 움직임 보정을 수행할 수 있다. 그리고, 움직임 보정된 복수개의 역투영된 프로젝션 데이터들을 누적하여 목표 영상인 최종 제3 영상을 복원할 수 있다.
또한, 이미지 격자의 와핑을 통한 움직임 보정은 각 뷰 마다 수행되지 않고, 소정 각도 구간마다, 또는 복수개의 뷰를 그룹핑(grouping)하여 하나의 그룹에 포함되는 복수개의 뷰마다 수행될 수도 있다.
전술한 예에서와 같이, 영상 복원부(620)는 제1 정보에 근거하여 와핑된 이미지 격자를 이용하여 움직임 보정된 영상 데이터(2270)를 생성할 수 있다.
도 23은 단층 영상을 복원하기 위해서 이용되는 와핑 동작을 설명하기 위한 다른 도면이다. 도 23에 있어서, 도 22에서와 중복되는 설명은 생략한다.
구체적으로, 영상 복원부(620)는 역투영된 영상을 제1 정보에 따라서 와핑하여, 움직임 보정된 목표 영상을 생성할 수 있다. 구체적으로, 영상 복원부(620)는 역투영 과정에서, 단층 촬영으로 획득된 데이터에 대응되는 픽셀을 상기 제1 정보에 근거하여 와핑시켜 목표 영상을 복원할 수 있다. 구체적으로, 영상 복원부(620)는 픽셀을 목표 시점(Ttarget)에서의 대상체의 움직임량에 따라서 와핑(warping)할 수 있다.
도 23을 참조하면, 필터링된 프로젝션 데이터(2210)를 역투영하여 생성한 영상(또는 영상 데이터)(2330)의 픽셀들을 수정된 제1 정보의 움직임량을 나타내는 움직임 벡터장(2207)에 근거하여 와핑한다. 그에 따라서, 영상(2330) 내에 포함되는 픽셀값들(2331)은 움직임 벡터장에 근거하여 목표 시점(Ttarget)에서의 대상체의 움직임에 대응되도록 와핑된 영상(2335)으로 생성된다. 구체적으로, 필터링된 프로젝션 데이터(2311)가 와핑된 영상(2335) 내에서 픽셀값들(2336)에서와 같이 대응되며, 필터링된 프로젝션 데이터(2312)가 와핑된 영상(2335) 내에서 픽셀값들(2337)에서와 같이 대응된다.
그리고, 와핑된 영상(2335)을 도 22에서 설명한 방식으로 리샘플링(resampling)하여 움직임 보정된 영상(2355)을 생성한다. 움직임 보정된 영상(2355) 내에 포함되는 픽셀값들(2356)은 목표 시점(Ttarget)에서의 대상체의 움직임을 정확하게 반영하고 있다. 따라서, 최종적으로 복원되는 목표 영상인 최종 제3 영상 내에서 움직임 아티팩트가 최소화될 수 있다.
도 24는 단층 영상을 복원하기 위해서 이용되는 와핑 동작을 설명하기 위한 다른 도면이다.
도 24에 있어서, 도 22 및 도 23에서와 중복되는 설명은 생략한다. 영상 복원부(620)는 제1 정보에 근거하여 역투영(back-projection) 과정에서 움직임 보정을 수행할 수 있다. 구체적으로, 영상 복원부(620)는 제1 정보에 근거하여, 대상체를 나타내는 복셀(voxel)의 중심을 와핑하고, 와핑된 복셀 위치를 기준으로 역투영하여 목표 영상을 복원할 수 있다. 여기서, 복셀은 대상체를 이미징하기 위한 가상의 3차원 격자 공간에서 하나의 단위 공간을 나타낸다. 도 24에서는 대상체를 이미징하기 위한 가상의 공간이 3차원 격자 공간인 복셀들 대신에 2차원 격자 공간인 픽셀들로 도시된 경우를 예로 들어 도시하였다.
구체적으로, 영상 복원부(620)는 목표 시점(Ttarget)인 제3 시점(t3)에서 각 시점으로의 움직임 벡터장을 이용하여, 재구성하려는 영상 내의 소정 위치의 픽셀값이 각 시점에서의 움직임의 영향이 있을 때 어떤 디텍터 어레이(detector array) 내의 픽셀로부터 값을 참조해야 하는지를 찾아낼 수 있다. 목표 시점에서 대상체를 나타내는 복셀(voxel)의 관점에서 살펴보면, 목표시점 이외의 다른 시점의 뷰에서의 여과된 프로젝션 데이터(filtered projection data)를 복셀에 역투영하기 위해서는 대상체의 움직임을 반영하여 복셀이 해당 시점에 어느 곳으로 이동해야 하는지를 계산하여야 한다. 그리고, 대상체의 움직임을 보상하기 위한 복셀의 이동량은 해당 시점에서 목표 시점으로의 움직임 벡터장의 역방향 움직임 벡터장(inverse motion vector field)을 이용하여 계산할 수 있다. 그리고, 계산된 보상량만큼 복셀의 위치를 옮긴 뒤 디텍터 어레이의 어떤 픽셀값에서 값을 가져와야 하는지를 계산할 수 있다..
구체적으로, 도 24를 참조하면, 영상 복원부(620)는 수정된 제1 정보에서 나타나는, 목표 시점(Ttarget)에서의 대상체의 움직임 량을 나타내는 움직임 벡터장(MVF)을 역변환(field inversion)하여 역변환된 움직임 벡터장(2410)을 생성한다. 그리고, 역변환된 움직임 벡터장(2410)을 이용하여, 역투영된 영상(2420) 내의 각각의 픽셀 의 위치를 이동시킨다.
예를 들어, 역변환된 움직임 벡터장(2410)에 포함되는 움직임 벡터들(2411, 2421, 2422, 2423)에 근거하여, 역투영 영상(2420) 내의 픽셀들의 위치를 각각 이동시킨다. 구체적으로, 벡터(2421) 및 벡터(2422)에 근거하여, 최상단 우측 첫 번째 픽셀을 이동(2431)시킨다. 그리고, 움직임 벡터(2423)에 근거하여, 역투영 영상(2422) 5번 행의 우측 첫 번째 픽셀을 이동(2432) 시킨다. 또한, 역변환된 움직임 벡터장(2410)에서 움직임이 감지되지 않은 영역(2427)의 픽셀 위치는 그대로 둔다.
계속하여, 영상 복원부(620)는 이동된 픽셀 위치를 고려하여, 소정 픽셀에서의 픽셀 값이 프로젝션 되었을 때 디텍터 어레이(detector array)의 어느 위치에 대응되는지 계산하여, 해당 위치에서 필터링된 프로젝션 데이터(2210)를 가져와 해당 픽셀(복셀)에 값을 누적시키는 것에 의하여 역투영 영상(2420)을 획득한다.
예를 들어, 역투영 영상(2450)에서 최상단 우측 첫 번째 픽셀2451)은 이동(2431)된 위치를 고려하면, 픽셀(2451)의 중심은 필터링된 프로젝션 데이터(2210)의 지점(P1)에 있는 픽셀값을 이용하여 획득된다. 지점(P1)은 필터링된 프로젝션 데이터(2210)의 최상단 우측 첫 번째 픽셀(2456)의 중심에 위치하는 것이 아니라, 최상단 우측 두 번째 픽셀(2455) 쪽으로 치우쳐서 위치하므로, 픽셀(2456) 및 픽셀(2455)의 영향을 받게 된다. 그에 따라서, 픽셀(2451)은 픽셀(2456) 값 '0' 및 픽셀(2455) 값 '1'에 기인하여, 도시된 바와 같이 픽셀값 '0.2' 값을 가질 수 있다.
또한, 유사하게, 역투영 영상(2450)에서 5번 행의 우측 첫 번째 픽셀2452)은 픽셀의 이동(2432)에 따라서, 도시된 바와 같이 픽셀(2452)의 중심이 인접 픽셀(2457)과 픽셀(2452)의 표면에 위치한다. 따라서, 픽셀(2456) 및 픽셀(2455)로부터 동일 비율로 영향을 받게 된다. 따라서, 픽셀(2451)은 픽셀(2456) 값 '0' 및 픽셀(2455) 값 '1'의 중간 값인 픽셀값 '0.5' 값을 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 영상 복원부(620)는 도 22 및 도 23에서 설명한 와핑을 이용하지 않고, 역변환된 움직임 벡터장(field inversion MVF)을 이용하여 복셀을 와핑하여 움직임 보정된 역투영 영상인 움직임 보정된 목표 영상(2470)을 획득할 수 있다.
또한, 영상 복원부(620)는 수정된 제1 정보를 이용하여, 대상체의 움직임 보정을 수행하여 최종 제3 영상을 생성하는 것과 유사하게, 수정된 제1 정보에 근거하여 제1 영상 및 제2 영상의 움직임 보정을 수행하고, 움직임 보정된 제1 영상 및 제2 영상을 이용하여 제1 정보를 재획득할 수 있다. 그리고, 재획득된 제1 정보를 수정된 제1 정보를 업데이트할 수 있다. 구체적으로, 수정된 제1 정보에 근거하여 제1 영상 및 제2 영상의 움직임 보정을 수행하면, 제1 시점 및 제2 시점 각각에서의 대상체의 상태를 더욱 정확하게 반영하여 움직임 보정된 제1 영상 및 제2 영상을 획득할 수 있다. 움직임 보정된 제1 영상 및 제2 영상을 이용하여, 움직임 벡터장을 재획득하면, 제1 시점과 제2 시점 간의 움직임 량을 더욱 정확하게 측정할 수 있다. 그러므로, 제1 정보를 더욱 정확한 값으로 재획득하여 업데이트시킬 수 있다.
또한, 영상 복원부(620)는 재획득된 제1 정보에 근거하여 제1 시점(t1)과 제2 시점(t2) 사이의 제3 시점(t3)에 대응되는 제3 영상을 예측하며, 예측된 제3 영상과 제3 시점(t3)에 대응되는 측정 데이터를 이용하여 재획득된 제1 정보를 수정하여 수정된 제1 정보를 획득할 수 있다.
전술한 바와 같이, 수정된 제1 정보를 이용하여 제1 영상 및 제2 영상의 움직임 보정을 수행한 후, 움직임 보정된 제1 영상 및 제2 영상을 이용하여 움직임 벡터장(MVF)를 획득하면 더욱 정확하게 제1 정보를 획득할 수 있다.
도 25은 본 발명의 실시예에 따른 단층 촬영 장치에서 디스플레이되는 화면을 나타내는 일 도면이다. 구체적으로, 도 25의 (a)는 수정된 제1 정보를 이용하여 복원한 2차원 단층 영상을 나타낸다. 그리고, 도 25의 (b)는 수정된 제1 정보를 이용하여 복원한 3차원 단층 영상을 나타낸다.
도 25의 (a)를 참조하면, 디스플레이부(630)는 수정된 제1 정보를 이용하여 복원한 2차원 단층 영상(2500)을 디스플레이할 수 있다.
구체적으로, 사용자는 사용자 인터페이스 부(650)를 통하여, 전체 시간 구간 내에서 복원하고자 하는 목표 시점(예를 들어, t3)을 선택할 수 있다. 그러면, 영상 복원부(620)는 수정된 제1 정보를 이용하여, 제1 영상 및 제2 영상 중 적어도 하나를 와핑시켜서 선택된 시점(예를 들어, t3)에 대응되는 영상(2500)을 복원할 수 있다. 그리고, 복원된 영상(2500)은 디스플레이 부(630)를 통하여 디스플레이될 수 있다.
도 25의 (b)를 참조하면, 디스플레이부(630)는 수정된 제1 정보를 이용하여 복원한 3차원 단층 영상(2550)을 디스플레이할 수 있다. 도 25의 (b)에서는 심장을 3차원적으로 나타내는 3차원 단층 영상(2550)을 예로 들어 도시하였다.
사용자 인터페이스 부(650)는 사용자로부터 관심 영역(ROI: region of interest)(2560)을 설정받을 수 있다. 관심 영역이 설정되면, 3차원 단층 영상(2550)은 대상체인 심장을 전체적으로 나타내는 영상(2555) 및 관심 영역(ROI: region of interest)(2560)을 상세하게 나타내는 부분 영상들(2570, 2571) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 부분 영상(2570)은 관심 영역(2560)에서의 혈관 단면 영상이 될 수 있으며, 부분 영상(2571)은 관심 영역(2560)에 포함되는 대상체를 확대하여 나타내는 영상이 될 수 있다.
도 26는 본 발명의 실시예에 따른 단층 촬영 장치에서 디스플레이되는 화면을 나타내는 다른 도면이다.
영상 복원부(620)는 수정된 제1 정보를 이용하여, 제1 시점(t1)에서 제2 시점(t2) 사이의 복수개의 시점들 각각에 대응되는 복수개의 영상을 복원할 수 있다. 여기서, 제1 시점(t1)에서 제2 시점(t2) 사이의 복수개의 시점들은 영상 복원부(620)에서 자동적으로 설정될 수 있으며, 사용자 인터페이스 부(650)를 통하여 수동적으로 설정될 수도 있다. 예를 들어, 복수개의 시점들이 자동적으로 설정되는 경우, 영상 복원부(620)는 제1 시점(t1)에서 제2 시점(t2) 사이의 시간 구간을 소정 간격으로 등분하고, 등분된 복수개의 시점들 각각에 해당하는 복수개의 영상을 복원할 수 있다.
또한, 디스플레이부(630)는 영상 복원부(620)에서 생성된 복수개의 영상들 포함하는 화면을 디스플레이할 수 있다.
도 26를 참조하면, 화면(2600)은 제1 시점(t1)에서 제2 시점(t2) 사이의 복수개의 시점들 각각에 대응되는 복수개의 영상들(2631, 2632, 2633, 2634)을 포함한다.
또한, 화면(2600)은 사용자 인터페이스 화면이 될 수 있으며, 수정된 제1 정보(2611)를 표시할 수 있다. 사용자는 수정된 제1 정보(2611)에서 소정 시점들을 선택할 수 있다. 그러면, 영상 복원부(620)는 선택된 시점들에 대응되는 영상을 복원하고, 복원된 영상이 화면(2600) 상에 디스플레이될 수 있도록 제어할 수 있다.
도 26에서는, 복원하고자 하는 영상의 시점들로, 100msec, 300msec, 500msec, 및 700msec 가 선택된 경우를 예로 들어 도시하였다. 따라서, 화면(2600)은 도시된 바와 같이 100msec 에 대응되는 영상(2631), 300msec 에 대응되는 영상(2632), 500msec 에 대응되는 영상(2633), 700msec 에 대응되는 영상(2634)을 포함할 수 있다.
도 27은 본 발명의 실시예에 따른 단층 촬영 장치에서 디스플레이되는 화면을 나타내는 다른 도면이다.
영상 복원부(620)는 수정된 제1 정보를 이용하여, 제1 시점(t1)에서 제2 시점(t2) 사이의 복수개의 시점들 각각에 대응되는 복수개의 영상을 복원하고, 복원된 복수개의 영상이 시간 순서에 따라서 순차적으로 재생되는 동영상을 생성할 수 있다.
그리고, 디스플레이 부(630)는 동영상 재생하기 위한 사용자 인터페이스 화면(2700)을 디스플레이할 수 있다.
도 27을 참조하면, 사용자 인터페이스 화면(2700)은 동영상(2710)을 재생하는 동영상 제생 메뉴(2730)를 포함한다. 여기서, 동영상(2710)은 제1 시점(t1)에서 제2 시점(t2) 사이의 복수개의 시점들 각각에 대응되는 복수개의 영상들이 시간순에 따라서 순차적으로 재생한다. 또한, 사용자 인터페이스 화면(2700)은 전체 시간 구간을 나타내는 메뉴(2740)를 포함하며, 현재 재생되는 영상에 대응되는 시점을 표시하는 메뉴(2741)를 더 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 전체 시간 구간에 포함되는 복수개의 시점들에 대응되는 영상들을 순차적으로 디스플레이 함으로써, 시간에 따른 대상체의 움직임 변화를 용이하게 파악할 수 있다.
도 28은 복원된 단층 영상 내에 존재하는 움직임 아티팩트를 설명하기 위한 일 도면이다. 구체적으로, 도 28의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 단층 촬영 장치(600, 700)에서 복원된 단층 영상들을 도시한다. 그리고, 도 28의 (b)는 종래의 단층 촬영 장치에서 역투영(back-projection) 방법에 의해서 복원된 단층 영상들을 도시한다.
도 28의 (a)의 블럭(2110)을 참조하면, 제1 영상 및 제2 영상 중 적어도 하나, 및 수정된 제1 정보를 이용하여, 복원된 복수개의 영상들(2821, 2822, 2823, 2824, 2825)이 도시된다. 복수개의 영상들(2821, 2822, 2823, 2824, 2825)은 각각 전체 시간 구간 내의 복수개의 시점들에 대응되는 단층 영상들이다.
도 28의 (b)의 블럭(2850)을 참조하면, 역투영(back-projection) 방법에 의해서 복원된 복수개의 영상들(2861, 2862, 2863, 2864, 2865)이 도시된다. 복수개의 영상들(2861, 2862, 2863, 2864, 2865)은 각각 전체 시간 구간 내의 복수개의 시점들에 대응되는 단층 영상들이다.
도 28의 (a)와 도 28의 (b)에 도시된 영상들을 비교하면, 영상(2821)과 영상(2861)은 동일한 시점에서 복원된 영상이며, 영상(2822)과 영상(2862)은 동일한 시점에서 복원된 영상이다. 그리고, 영상(2823)과 영상(2863)은 동일한 시점에서 복원된 영상이고, 영상(2824)과 영상(2864)은 동일한 시점에서 복원된 영상이며, 영상(2825)과 영상(2865)은 동일한 시점에서 복원된 영상이다.
영상(2822)과 영상(2862)을 비교하면, 영상(2862)에는 움직임 아티팩트가 발생하여 일부 영역(2871) 내의 경계가 불명확하게 복원되었는데 비하여, 영상(2822)에는 2171 영역에 동일 대응되는 영역(2811) 내의 경계가 명확하게 복원된 것을 알 수 있다.
또한, 영상(2823)과 영상(2863)을 비교하면, 영상(2863)에는 움직임 아티팩트가 발생하여 일부 영역(2872) 내의 경계가 불명확하게 복원되었는데 비하여, 영상(2823)에는 2872 영역에 동일 대응되는 영역(2812) 내의 경계가 명확하게 복원된 것을 알 수 있다.
또한, 영상(2824)과 영상(2864)을 비교하면, 영상(2864)에는 움직임 아티팩트가 발생하여 일부 영역(2873) 내의 경계가 불명확하게 복원되었는데 비하여, 영상(2824)에는 2873 영역에 동일 대응되는 영역(2813) 내의 경계가 명확하게 복원된 것을 알 수 있다.
도 29는 복원된 단층 영상 내에 존재하는 움직임 아티팩트를 설명하기 위한 다른 도면이다.
구체적으로, 도 29의 (a)는 종래의 단층 촬영 장치에서 역투영(back-projection) 방법에 의해서 복원된 심장 단층 영상들을 도시한다. 그리고, 도 28의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 단층 촬영 장치(600, 700)에서 복원된 심장 단층 영상들을 도시한다.
도 29의 (a)를 참조하면, 역투영(back-projection) 방법에 의해서 복원된 복수개의 영상 세트(2910, 2920, 2930, 2940)가 도시된다. 복수개의 영상 세트(2910, 2920, 2930, 2940)는 각각 R-R 구간 내의 복수개의 시점들에 대응되는 단층 영상들이다.
도 29의 (b)를 참조하면, 제1 영상 및 제2 영상 중 적어도 하나, 및 수정된 제1 정보를 이용하여, 복원된 복수개의 영상 세트(2950, 2960, 2970, 2980)가 도시된다. 복수개의 영상 세트(2950, 2960, 2970, 2980)는 각각 R-R 구간 내의 복수개의 시점들에 대응되는 단층 영상들이다.
또한, 각각의 영상 세트(예를 들어, 2910)에 있어서, 상단에 표시된 영상(2912) 및 중앙의 좌측에 표시된 영상(2911)은복부의 횡단면(transaxial)을 나타내는 영상이며, 중앙의 우측에 표시된 영상(2913)은 복부의 시상면(sagittal)을 나타내는 영상이고, 하단에 표시된 영상(2914)은 복부의 관상면(coronal)을 나타내는 영상이다.
또한, 영상 세트(2910) 및 영상 세트(2950)는 R-R 구간의 50%에 해당하는 시점을 나타내는 복원 영상들의 세트이며, 영상 세트(2920) 및 영상 세트(2960)는 R-R 구간의 60%에 해당하는 시점을 나타내는 복원 영상들의 세트이다. 그리고, 영상 세트(2930) 및 영상 세트(2960)는 R-R 구간의 70%에 해당하는 시점을 나타내는 복원 영상들의 세트이며, 영상 세트(2940) 및 영상 세트(2980)는 R-R 구간의 80%에 해당하는 시점을 나타내는 복원 영상들의 세트이다.
영상 세트(2910) 및 영상 세트(2950)를 비교하면, 영상 세트(2910) 내의 복원 영상들에는 움직임 아티팩트가 발생한 부분 영역들(2912, 2915)이 다수 나타나지만, 영상 세트(2950)에는 움직임 아티팩트가 많이 감소한 것을 알 수 있다. 구체적으로, 심장 내에서 관상 동맥(coronary artery)을 나타내는 2215 영역에 대응되는 영역(2951)에는 움직임 아티팩트가 거의 없이 대상체의 경계가 선명하게 복원되었다.
또한, 영상 세트(2920) 및 영상 세트(2960)를 비교하면, 영상 세트(2920) 내의 복원 영상들에는 움직임 아티팩트가 발생한 부분 영역들(2925, 2926)이 다수 나타나지만, 영상 세트(2960)에는 움직임 아티팩트가 많이 감소한 것을 알 수 있다. 구체적으로, 2925 영역 및 2926 영역에 대응되는 영역(2965) 및 영역(2966)에는 움직임 아티팩트가 거의 없이 관상 동맥의 경계가 선명하게 복원되었다.
또한, 영상 세트(2930) 및 영상 세트(2970)를 비교하면, 영상 세트(2930) 내의 복원 영상들에는 움직임 아티팩트가 발생한 부분 영역들(2935, 2936)이 다수 나타나지만, 영상 세트(2970)에는 움직임 아티팩트가 많이 감소한 것을 알 수 있다. 구체적으로, 2935 영역 및 2936 영역에 대응되는 영역(2975) 및 영역(2976)에는 움직임 아티팩트가 거의 없이 관상 동맥의 경계가 선명하게 복원되었다.
또한, 영상 세트(2940) 및 영상 세트(2980)를 비교하면, 영상 세트(2940) 내의 복원 영상들에는 움직임 아티팩트가 발생한 부분 영역들(2945)이 다수 나타나지만, 영상 세트(2980)에는 움직임 아티팩트가 많이 감소한 것을 알 수 있다. 구체적으로, 2945 영역에 대응되는 영역(2985)에는 움직임 아티팩트가 거의 없이 관상 동맥의 경계가 선명하게 복원되었다.
종래의 단층 영상을 복원하는 장치 및 방법에 있어서는, 움직이는 대상체를 단층 촬영하는데 있어서, 움직임 아티팩트로 인하여 대상체를 나타내는 영상이 명확하게 복원되지 못하였다. 예를 들어, 심장을 전체적으로 촬영하는 경우, 심장의 주기적인 심박 운동으로 인하여, R-R 구간 사이에서 심전도 게이팅을 통하여 심장의 움직임이 최소화되는 구간을 찾아 단층 영상을 복원하더라도, 복원된 단층 영상 내에 움직임 아티팩트가 발생하였다. 또한, R-R 구간 사이의 심전도 게이팅되지 않은 다른 시점들에서는 움직임 아티팩트의 증가로 인하여 정확한 영상을 복원하기 어려웠다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 종래 기술에서는 심수축(systole)의 끝(end) 지점 또는 심이완(diastole)의 끝(end) 지점에서 단층 영상을 복원하였다. 또한, 심장의 움직임으로 인한 움직임 아티팩트를 최소화하기 위해서 베타 차단제(beta blocker)를 환자에게 투여하고, 환자의 심장 운동이 느려지도록 한 후, 단층 촬영을 진행하였다. 그럼에도, 종래의 단층 영상 복원에서는 심장의 움직임으로 인한 움직임 아티팩트를 제거하기 여러웠다.
전술한 바와 같이, 본원의 실시예에서는 대상체의 움직임을 나타내는 제1 정보가 대상체의 움직임을 더욱 정확하게 반영하도록 수정함으로써, 제1 정보가 대상체의 움직임 변화를 더욱 더 정확하게 반영할 수 있다. 그리고, 수정된 제1 정보를 이용하여 영상 복원을 수행함으로서, 시간 해상도가 높은 영상을 복원할 수 있으며, 움직임 아티팩트가 최소화된 영상을 복원할 수 있다. 그에 따라서, 사용자는 움직임 아티팩트가 최소화된 단층영상을 이용하여 질병을 보다 정확하게 진단할 수 있다.
도 30은 본 발명의 일 실시예에 따른 단층 영상 복원 방법을 나타내는 플로우차트이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 단층 영상 복원 방법(2300)의 동작 구성은 도 1 내지 도 29를 참조하여 설명한 본 발명의 실시예에 따른 단층 촬영 장치(500, 600)의 동작 구성과 동일하다. 따라서, 단층 영상 복원 방법(3000)을 설명하는데 있어서, 도 1 내지 도 29과 중복되는 설명은 생략한다.
도 30을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단층 영상 복원 방법(3000)은 대상체를 단층 촬영하여 제1 시점에 대응되는 제1 영상을 획득하고 제2 시점에 대응되는 제2 영상을 획득한다(3010 단계). 3010 단계의 동작은 단층 촬영 장치(600)의 데이터 획득부(610)에서 수행될 수 있다.
제1 영상 및 제2 영상 간의 움직임 량에 근거하여 대상체의 움직임 량과 시간의 관계를 나타내는 제1 정보를 획득한다. 그리고, 제1 정보에 근거하여 제1 시점과 제2 시점 사이의 제3 시점에 대응되는 제3 영상을 예측하며, 예측된 제3 영상과 제3 시점에서 획득된 측정 데이터를 이용하여 제1 정보를 수정한다(3020 단계). 3020 단계의 동작은 단층 촬영 장치(600)의 영상 복원부(620)에서 수행될 수 있다. 여기서, 제1 정보는 제1 영상과 제2 영상 간의 움직임 벡터장(Motion Vector Field)에 대응되는 대상체의 움직임 량과 시간 간의 관계를 나타내는 정보가 될 수 있다.
620 단계에서 획득된 수정된 제1 정보를 이용하여 제3 영상을 복원한다(3030 단계). 3030 단계의 동작은 단층 촬영 장치(600)의 영상 복원부(620)에서 수행될 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.
상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 시스템
102: 갠트리
104: 회전 프레임
105: 테이블
106: X-ray 생성부
108: X-ray 검출부
110: 회전 구동부
112: 콜리메이터
114: 산란 방지 그리드
118: 제어부
120: 데이터 송신부
124: 저장부
126: 영상 처리부
128: 입력부
130: 디스플레이부
132: 통신부
134: 서버
136: 의료 장치
301: 네트워크
500: 단층 촬영 장치
510: 데이터 획득부
520: 영상 복원부
600: 단층 촬영 장치
610: 데이터 획득부
620: 영상 복원부
630: 디스플레이 부
640: 갠트리
650: 사용자 인터페이스 부
660: 저장부
670: 통신부

Claims (37)

  1. 대상체를 단층 촬영하여 제1 시점에 대응되는 제1 영상을 획득하고 제2 시점에 대응되는 제2 영상을 획득하는 데이터 획득부; 및
    상기 제1 영상 및 상기 제2 영상 간의 움직임 량에 근거하여 상기 대상체의 움직임 량과 시간의 관계를 나타내는 제1 정보를 획득하고, 상기 제1 정보에 근거하여 상기 제1 시점과 상기 제2 시점 사이의 제3 시점에 대응되는 제3 영상을 예측하며, 상기 예측된 제3 영상과 상기 제3 시점에 대응되는 측정 데이터를 이용하여 상기 제1 정보를 수정하고, 상기 수정된 제1 정보를 이용하여 상기 제3 시점에 대응되는 최종 제3 영상을 복원하는 영상 복원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단층 촬영 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 정보는
    상기 제1 영상과 상기 제2 영상 간의 움직임 벡터장(Motion Vector Field)에 대응되는 상기 대상체의 움직임 량과 시간 간의 관계를 나타내는 정보인 것을 특징으로 하는 단층 촬영 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 영상 복원부는
    상기 예측된 제3 영상을 순방향 투영(forward projection)하여 획득한 예측 데이터와 상기 측정 데이터에 근거하여, 상기 제1 정보를 수정하는 것을 특징으로 하는 단층 촬영 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 영상 복원부는
    상기 예측 데이터와 상기 측정 데이터를 비교하고, 상기 예측 데이터와 상기 측정 데이터의 차이가 작아지도록 상기 제1 정보를 수정하는 것을 특징으로 하는 단층 촬영 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 영상 복원부는
    상기 예측된 제3 영상을 순방향 투영(forward projection)하여 획득한 예측 사이노그램과 상기 제3 시점에 대응되는 시간 구간에서 대상체를 투과한 엑스레이를 감지하여 획득된 측정 사이노그램을 비교하고, 상기 예측 사이노그램과 상기 측정 사이노그램의 차이가 작아지도록 상기 제1 정보를 수정하는 것을 특징으로 하는 단층 촬영 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 영상 복원부는
    상기 제3 시점에서 획득된 측정 데이터를 역투영(back-projection) 하여 생성된 제4 영상과 상기 예측된 제3 영상을 비교하고, 상기 예측된 제3 영상과 상기 제4 영상의 차이가 작아지도록 상기 제1 정보를 수정하는 것을 특징으로 하는 단층 촬영 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 영상 복원부는
    상기 제1 시점에서 상기 제2 시점으로 제1 시간 간격만큼 이동하며, 상기 이동된 시점을 상기 제3 시점으로 하여, 상기 제3 시점에서 상기 제1 정보를 수정하는 것을 특징으로 하는 단층 촬영 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 영상 복원부는
    상기 제2 시점에서 상기 제1 시점으로 제1 시간 간격만큼 이동하며, 상기 이동된 시점을 상기 제3 시점으로 하여, 상기 제3 시점에서 상기 제1 정보를 수정하는 것을 특징으로 하는 단층 촬영 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 영상 복원부는
    상기 제1 시점에서 상기 제2 시점으로 제1 시간 간격만큼 이동하며, 상기 이동된 시점에서 상기 제1 정보를 수정하여 제2 정보를 획득하며,
    상기 제2 시점에서 상기 제1 시점으로 상기 제1 시간 간격만큼 이동하며, 상기 이동된 시점에서 상기 제1 정보를 수정하여 제3 정보를 획득하며,
    상기 제2 정보와 상기 제3 정보에 근거하여 상기 수정된 제1 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 단층 촬영 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 영상 복원부는
    상기 수정된 제1 정보에 근거하여, 상기 대상체를 나타내는 복셀의 중심을 와핑(warping)하고 상기 와핑된 복셀의 위치를 기준으로 역투영 동작을 수행하여 상기 최종 제3 영상을 복원하는 것을 특징으로 하는 단층 촬영 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 데이터 획득부는
    소정 시간 구간 내에서 상기 대상체의 움직임이 최소화되는 두 개의 시점을 상기 제1 시점 및 상기 제2 시점으로 선택하는 것을 특징으로 하는 단층 촬영 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 데이터 획득부는
    상기 소정 시간 구간 내에서 제2 시간 간격마다 영상을 재구성하며, 일 시점에서 재구성된 영상과 상기 일 시점에 인접한 다른 시점에서 재구성된 영상 간의 차이를 측정하고, 상기 측정된 차이에 근거하여 상기 대상체의 움직임이 최소화되는 두 개의 시점을 상기 제1 시점 및 상기 제2 시점으로 선택하는 것을 특징으로 하는 단층 촬영 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 데이터 획득부는
    상기 소정 시간 구간 내에서 제2 시간 간격마다 프로젝션 데이터를 획득하며, 일 시점에서 획득된 프로젝션 데이터와 상기 일 시점에 인접한 다른 시점에서 획득된 프로젝션 데이터 간의 차이를 측정하고, 상기 측정된 차이에 근거하여 상기 대상체의 움직임이 최소화되는 두 개의 시점을 상기 제1 시점 및 상기 제2 시점으로 선택하는 것을 특징으로 하는 단층 촬영 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영상, 상기 제2 영상, 상기 제1 정보, 상기 수정된 제1 정보, 및 상기 최종 3 영상 중 적어도 하나를 포함하는 화면을 디스플레이하는 디스플레이 부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단층 촬영 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 디스플레이부는
    상기 제1 시점, 상기 제2 시점, 및 상기 제1 시점 내지 상기 제2 시점 사이에서 상기 제3 시점을 선택하기 위한 사용자 인터페이스 화면을 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 단층 촬영 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 영상 복원부는
    상기 수정된 제1 정보를 이용하여, 상기 제1 시점에서 상기 제2 시점 사이의 복수개의 시점들 각각에 대응되는 복수개의 영상을 복원하는 것을 특징으로 하는 단층 촬영 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 복수개의 영상들 포함하는 화면을 디스플레이하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단층 촬영 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 영상 복원부는
    상기 복수개의 영상들을 이용하여 동영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 단층 촬영 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 동영상 재생하기 위한 사용자 인터페이스 화면을 디스플레이하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단층 촬영 장치.
  20. 제1항에 있어서, 상기 영상 복원부는
    상기 수정된 제1 정보를 이용하여 상기 제1 영상 및 상기 제2 영상의 움직임 보정을 수행하고, 상기 움직임 보정된 제1 영상 및 제2 영상을 이용하여 상기 제1 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 단층 촬영 장치.
  21. 대상체를 단층 촬영하여 제1 시점에 대응되는 제1 영상을 획득하고 제2 시점에 대응되는 제2 영상을 획득하는 단계;
    상기 제1 영상 및 상기 제2 영상 간의 움직임 량에 근거하여 상기 대상체의 움직임 량과 시간의 관계를 나타내는 제1 정보를 획득하고, 상기 제1 정보에 근거하여 상기 제1 시점과 상기 제2 시점 사이의 제3 시점에 대응되는 제3 영상을 예측하며, 상기 예측된 제3 영상과 상기 제3 시점에 대응되는 측정 데이터를 이용하여 상기 제1 정보를 수정하는 단계; 및
    상기 수정된 제1 정보를 이용하여 상기 제3 시점에 대응되는 최종 제3 영상을 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 복원 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 제1 정보는
    상기 제1 영상과 상기 제2 영상 간의 움직임 벡터장(Motion Vector Field)에 대응되는 상기 대상체의 움직임 량과 시간 간의 관계를 나타내는 정보인 것을 특징으로 단층 영상 복원 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 제1 정보를 수정하는 단계는
    상기 예측된 제3 영상을 순방향 투영(forward projection)하여 획득한 예측 데이터와 상기 측정 데이터에 근거하여, 상기 제1 정보를 수정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 복원 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 제1 정보를 수정하는 단계는
    상기 예측 데이터와 상기 측정 데이터를 비교하고, 상기 예측 데이터와 상기 측정 데이터의 차이가 작아지도록 상기 제1 정보를 수정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 복원 방법.
  25. 제21항에 있어서, 상기 제1 정보를 수정하는 단계는
    상기 예측된 제3 영상을 순방향 투영(forward projection)하여 획득한 예측 사이노그램과 상기 제3 시점에 대응되는 시간 구간에서 대상체를 투과한 엑스레이를 감지하여 획득된 측정 사이노그램을 비교하는 단계; 및
    상기 예측 사이노그램과 상기 측정 사이노그램의 차이가 작아지도록 상기 제1 정보를 수정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 복원 방법.
  26. 제21항에 있어서, 상기 제1 정보를 수정하는 단계는
    상기 제3 시점에서 획득된 측정 데이터를 역투영(back-projection) 하여 생성된 제4 영상과 상기 예측된 제3 영상을 비교하고, 상기 예측된 제3 영상과 상기 제4 영상의 차이가 작아지도록 상기 제1 정보를 수정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 복원 방법.
  27. 제21항에 있어서, 상기 제1 정보를 수정하는 단계는
    상기 제1 시점에서 상기 제2 시점으로 제1 시간 간격만큼 이동하며, 상기 이동된 시점을 상기 제3 시점으로 하여, 상기 제3 시점에서 상기 제1 정보를 수정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 복원 방법.
  28. 제21항에 있어서, 상기 제1 정보를 수정하는 단계는
    상기 제2 시점에서 상기 제1 시점으로 제1 시간 간격만큼 이동하며, 상기 이동된 시점을 상기 제3 시점으로 하여, 상기 제3 시점에서 상기 제1 정보를 수정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 복원 방법.
  29. 제21항에 있어서, 상기 제1 정보를 수정하는 단계는
    상기 제1 시점에서 상기 제2 시점으로 제1 시간 간격만큼 이동하며, 상기 이동된 시점에서 상기 제1 정보를 수정하여 제2 정보를 획득하는 단계;
    상기 제2 시점에서 상기 제1 시점으로 상기 제1 시간 간격만큼 이동하며, 상기 이동된 시점에서 상기 제1 정보를 수정하여 제3 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 제2 정보와 상기 제3 정보에 근거하여 상기 수정된 제1 정보를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 복원 방법.
  30. 제21항에 있어서, 상기 제1 정보를 수정하는 단계는
    상기 수정된 제1 정보에 근거하여, 상기 대상체를 나타내는 복셀의 중심을 와핑(warping)하고 상기 와핑된 복셀의 위치를 기준으로 역투영 동작을 수행하여 상기 최종 제3 영상을 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 복원 방법.
  31. 제21항에 있어서, 상기 제1 및 상기 제2 영상을 획득하는 단계는
    소정 시간 구간 내에서 상기 대상체의 움직임이 최소화되는 두 개의 시점을 상기 제1 시점 및 상기 제2 시점으로 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 제1 제1 시점 및 제2 시점 각각에서 상기 제1 및 상기 제2 영상을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 복원 방법.
  32. 제21항에 있어서,
    상기 제1 시점 및 상기 제2 시점을 선택하기 위한 사용자 인터페이스 화면을 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 복원 방법.
  33. 제21항에 있어서,
    상기 제1 시점 내지 상기 제2 시점 사이에서 상기 제3 시점을 선택하기 위한 사용자 인터페이스 화면을 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 복원 방법.
  34. 제21항에 있어서,
    상기 수정된 제1 정보를 이용하여, 상기 제1 시점에서 상기 제2 시점 사이의 복수개의 시점들 각각에 대응되는 복수개의 영상을 복원하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 복원 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 복수개의 영상들 포함하는 화면을 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 복원 방법.
  36. 제34항에 있어서,
    상기 복수개의 영상들을 이용하여 동영상을 생성하는 단계; 및
    상기 동영상 재생하기 위한 사용자 인터페이스 화면을 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 복원 방법.
  37. 제21항에 있어서,
    상기 수정된 제1 정보를 이용하여 상기 제1 영상 및 상기 제2 영상의 움직임 보정을 수행하고, 상기 움직임 보정된 제1 영상 및 제2 영상을 이용하여 상기 제1 정보를 획득하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 복원 방법.
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