KR101783001B1 - 단층 영상 장치 및 단층 영상의 이미징 방법 - Google Patents

단층 영상 장치 및 단층 영상의 이미징 방법 Download PDF

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Abstract

X-ray를 복수 개의 에너지 대역 별로 구분하여 검출하는 광자계수형 검출기(photon counting detector)로부터, 상기 복수 개의 에너지 대역 별로 대상체에 대한 제1 프로젝션 데이터들을 획득하는 데이터 획득부; 상기 복수 개의 에너지 대역 별로, 상기 제1 프로젝션 데이터들에 대해 선속경화 보정 프로세스(beam hardening correction process)를 수행하여 상기 대상체에 대한 제2 프로젝션 데이터들을 획득하는 영상 전처리부(image pre-processing unit); 및 상기 제2 프로젝션 데이터들에 기초하여, 상기 대상체에 대한 단층 영상을 재구성하는 영상 재구성부(image reconstruction unit)를 포함하는 단층 영상 장치(tomography imaging apparatus)가 개시된다.

Description

단층 영상 장치 및 단층 영상의 이미징 방법{TOMOGRAPHY IMAGING APPRATUS AND METHOD}
본원 발명은 단층 영상 장치 및 단층 영상의 이미징 방법에 관한 것이다.
구체적으로, 본원 발명은 선속경화(beam hardening)를 보정할 수 있는 단층 영상 장치 및 단층 영상의 이미징 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.
단층 영상 장치(tomography imaging apparatus)는 대상체에게 X-ray를 조사하여 대상체의 단층 영상(tomography image)을 획득할 수 있는 의료 영상 장치를 의미한다. 예를 들어, 단층 영상 장치는 CT(computed tomography) 장치, PET-CT(Positron emission tomography?computed tomography) 장치 및 OCT(Optical coherence tomography) 장치 등을 포함할 수 있다.
CT 장치는 대상체에 대한 단면 영상(cross-sectional image)을 제공할 수 있고, 일반적인 X-ray 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 컴퓨터 단층 촬영 장치에 의해서 획득된 의료 영상을 CT 영상이라 한다.
CT 영상을 획득하는데 있어서, 컴퓨터 단층 촬영 장치를 이용하여 대상체에 대한 CT 촬영을 수행하여, 로 데이터(raw data)를 획득한다. 그리고, 획득된 로 데이터를 이용하여 CT 영상을 재구성(reconstruction)하게 된다. 여기서, 로 데이터는 X-ray를 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.
본원 발명은 선속경화를 효과적으로 보정할 수 있는 단층 영상 장치 및 단층 영상의 이미징 방법의 제공을 목적으로 한다.
일부 실시예에 따른 단층 영상 장치는, X-ray를 복수 개의 에너지 대역 별로 구분하여 검출하는 광자계수형 검출기(photon counting detector)로부터, 상기 복수 개의 에너지 대역 별로 대상체에 대한 제1 프로젝션 데이터들을 획득하는 데이터 획득부; 상기 복수 개의 에너지 대역 별로, 상기 제1 프로젝션 데이터들에 대해 선속경화 보정 프로세스(beam hardening correction process)를 수행하여 상기 대상체에 대한 제2 프로젝션 데이터들을 획득하는 영상 전처리부(image pre-processing unit); 및 상기 제2 프로젝션 데이터들에 기초하여, 상기 대상체에 대한 단층 영상을 재구성하는 영상 재구성부(image reconstruction unit)를 포함할 수 있다.
상술한 단층 영상 장치에 있어서, 상기 영상 전처리부는 상기 복수 개의 에너지 대역 각각에 대응되는 소정의 선속경화 보정 계수(beam hardening correction coefficient)들에 기초하여, 상기 선속경화 보정 프로세스를 수행할 수 있다.
상술한 단층 영상 장치에 있어서, 상기 영상 전처리부는 상기 선속경화 보정 계수들 각각이 대응되는 에너지 대역, 튜브 전압(tube voltage) 및 슬라이스 개수(number of slices) 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 선속경화 보정 계수들을 설정할 수 있다.
상술한 단층 영상 장치에 있어서, 상기 영상 전처리부는 팬텀(phantom)을 이용하여 상기 복수 개의 에너지 대역 각각에 대응되는 상기 선속경화 보정 계수들을 획득할 수 있다.
다른 실시예에 따른 단층 영상 장치는, 상기 복수 개의 에너지 대역을 설정하기 위한 입력을 수신하는 사용자 인터페이스부를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 단층 영상 장치는, 상기 대상체에 상기 X-ray를 조사하는 X-ray 생성부를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 단층 영상 장치는, 상기 광자계수형 검출기를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에 따른 단층 영상의 이미징 방법은 X-ray를 복수 개의 에너지 대역 별로 구분하여 검출하는 광자계수형 검출기(photon counting detector)로부터, 상기 복수 개의 에너지 대역 별로 대상체에 대한 제1 프로젝션 데이터들을 획득하는 단계; 상기 복수 개의 에너지 대역 별로, 상기 제1 프로젝션 데이터들에 대해 선속경화 보정 프로세스(beam hardening correction process)를 수행하여 상기 대상체에 대한 제2 프로젝션 데이터들을 획득하는 단계; 및 상기 제2 프로젝션 데이터들에 기초하여, 상기 대상체에 대한 단층 영상을 재구성하는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 단층 영상의 이미징 방법에 있어서, 상기 제2 프로젝션 데이터들을 획득하는 단계는 상기 복수 개의 에너지 대역 각각에 대응되는 소정의 선속경화 보정 계수(beam hardening correction coefficient)들에 기초하여, 상기 선속경화 보정 프로세스를 수행할 수 있다.
다른 실시예에 따른 단층 영상의 이미징 방법은, 상기 선속경화 보정 계수들 각각이 대응되는 에너지 대역, 튜브 전압(tube voltage) 및 슬라이스 개수(number of slices) 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 선속경화 보정 계수들을 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 단층 영상의 이미징 방법은, 팬텀을 이용하여 상기 복수 개의 에너지 대역 각각에 대응되는 상기 선속경화 보정 계수들을 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 단층 영상의 이미징 방법은, 상기 복수 개의 에너지 대역을 설정하기 위한 입력을 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 단층 영상의 이미징 방법은, 상기 대상체에 상기 X-ray를 조사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 단층 영상의 이미징 방법은, 상기 광자계수형 검출기를 이용하여, 상기 X-ray를 상기 복수 개의 에너지 대역 별로 구분하여 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에 따른 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체는 일부 실시예에 따른 단층 영상의 이미징 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록될 수 있다.
도 1은 일반적인 CT 시스템(100)의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 CT 시스템(100)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 통신부의 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는 일부 실시예에 따른 단층 영상 장치의 구조를 나타내는 블락도이다.
도 5는 또 다른 일부 실시예에 따른 단층 영상 장치의 구조를 나타내는 블락도이다.
도 6은 선속경화에 따른 X-ray 에너지 스펙트럼의 일 예를 도시한다.
도 7은 일부 실시예에 따른 단층 영상 장치가 선속경화를 보정하여 단층 영상을 재구성하는 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 선속경화에 따른 물 팬텀의 단층 영상 및 선속경화가 보정된 물 팬텀의 단층 영상을 도시한다.
도 9는 선속경화에 따른 X-ray(beam hardened X-ray)의 투과 깊이에 따른 감쇠도를 개략적으로 도시한다.
도 10은 일부 실시예에 따른 광자계수형 검출기(photon counting detector)가 X-ray의 에너지를 구분하여 검출하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일부 실시예에 따른 단층 영상의 이미징 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 12는 다른 실시예에 따른 단층 영상의 이미징 방법을 나타내는 흐름도이다.
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 CT(computed tomography) 촬영 장치, PET-CT(Positron emission tomography?computed tomography) 촬영 장치, OCT(Optical coherence tomography) 촬영 장치 등에 의해 획득된 대상체의 의료 영상 등을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 "단층 영상(Tomography Image)"이란 대상체에 대한 적어도 하나의 축을 중심으로 회전하며 대상체를 촬영함으로써 획득된 복수개의 X-ray 영상들의 합성 영상을 의미할 수 있다. 예를 들어, 단층 영상은 CT 영상, PET-CT 영상, OCT 영상 등을 포함할 수 있다. 또한, 단층 영상(tomography image)는 2차원 및 3차원 단층 영상(tomography image)을 포함할 수 있으며, 단면 영상(cross-sectional image) 및 플레인 이미지(plane image) 등으로 지칭될 수 있다.
본 명세서에서 "대상체(object)"는 사람 또는 동물, 또는 사람 또는 동물의 일부 또는 전부일수 있다. 예를 들어, 대상체는 간, 심장, 자궁, 뇌, 유방, 복부 등의 장기, 및 혈관 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, "대상체"는 팬텀(phantom)일수도 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 영상 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 영상 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 실시예에 따른 컴퓨터 단층촬영(CT) 시스템(100)은 첨부된 도 1 및 도 2를 참조하여 설명될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 CT 시스템(100)은 다양한 형태의 장치들을 포함할 수 있다.
도 1은 CT 시스템(100)의 개략도이다. 도 1을 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 2는 본 발명의 실시예에 따른 CT 시스템(100)의 구조를 나타낸 도면이다.
본 발명의 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 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 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)를 포함할 수 있다.
본 발명의 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 그리드(anti-scatter grid, 114)를 포함할 수 있다. 산란 방지 그리드(114)는 X-ray 생성부(106)와 X-ray 검출부(108)의 사이에서 위치할 수 있다.
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 그리드를 위치시킬 수 있다.
예를 들어, 산란 방지 그리드는, 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 그리드의 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 X-ray 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 X 선을 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 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 전인 로 데이터(raw data))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(입력?) 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 디스플레이할 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 3을 참조하여 후술한다.
도 3은 통신부의 구성을 도시하는 도면이다.
통신부(132)는, 유선 또는 무선으로 네트워크(301)와 연결되어 외부 서버(134), 의료 장치(136) 또는 휴대용 장치(138) 와의 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 주고 받을 수 있다.
또한, 통신부(132)는 의료용 디지털 영상 및 통신(DICOM, Digital Imaging and Communications in Medicine) 표준에 따라 휴대용 장치 (138) 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 의료 장치(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.
선속경화(beam hardening)란 선속(beam)(즉, X-ray)이 대상체를 투과함에 따라 평균 에너지가 증가하여 투과력이 높아지는 선질(beam quality)의 변화를 의미한다. 선속경화는 단층 영상을 재구성함에 있어서, 다양한 형태의 인공물(artifact)을 발생시켜 영상 진단을 방해하는 요소로 작용한다.
전술한 바와 같이, X-ray 생성부에 인가되는 전압(또는 튜브 전압)에 따라, 연속적인 에너지 스펙트럼을 갖는 다색 방사선(polychromatic radiation)이 방출된다. 대상체의 감약계수(attenuation coefficeient)는 입사되는 광자(photon)의 에너지에 따라 불균등한 특성을 갖는다. 구체적으로, 낮은 에너지를 갖는 광자에 대해서는 감약계수가 상대적으로 높고, 반대로 높은 에너지를 갖는 광자에 대해서는 감약계수가 상대적으로 낮다. 따라서, 선속이 대상체를 투과할 수 록 낮은 에너지의 광자들이 크게 감쇠되어, 선속의 총 에너지는 감소하지만 선속의 평균 에너지는 증가하는 선속경화 현상이 발생한다. 또한, 광자의 에너지에 따른 감약계수의 불균등성에 의해, 에너지 대역에 따라 선속경화의 크기가 상이할 수 있다.
따라서, 일부 실시예에 따른 단층 영상 장치 및 단층 영상의 이미징 방법은 광자의 에너지 대역을 고려하여 선속경화를 보정하여, 선속경화에 따른 인공물을 효과적으로 제거하고 단층 영상의 화질을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여, 일 실시예에 따른 단층 영상 장치 및 단층 영상의 이미징 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 4는 일부 실시예에 따른 단층 영상 장치(400)의 구조를 나타내는 블락도이다.
일부 실시예에 따른 단층 영상 장치(400)는 데이터 획득부(410), 영상 전처리부(420) 및 영상 재구성부(430)를 포함한다. 그러나, 도 4에 도시된 구성 요소 모두가 단층 영상 장치(400)의 필수 구성 요소인 것은 아니다. 도 4에 도시된 구성 요소보다 많은 구성 요소에 의해 단층 영상 장치(400)가 구현될 수도 있고, 도 4에 도시된 구성 요소보다 적은 구성 요소에 의해 단층 영상 장치(400)가 구현될 수도 있다.
또한, 도 4에 도시된 단층 영상 장치(400)는 도 1 내지 도 2에서 설명한 CT 시스템(100)에 포함될 수 있다. 구체적으로, 데이터 획득부(410), 영상 전처리부(420) 및 영상 재구성부(430)는 도 1 내지 도 2의 CT 시스템(100)의 영상 처리부(126)에 동일 대응되거나 포함될 수 있다. 따라서, 도 1 내지 도 2와 중복되는 설명은 생략한다.
또한, 단층 영상 장치(400)는 도 3에서 설명한 의료 장치(136) 또는 휴대용 장치(138) 내에 포함되어, CT 시스템(100)과 연결되어 동작할 수 도 있다.
데이터 획득부(410)는 X-ray를 복수 개의 에너지 대역 별로 구분하여 검출하는 광자계수형 검출기(photon counting detector)로부터, 복수 개의 에너지 대역 별로 대상체 대한 제1 프로젝션 데이터들을 획득한다.
도 1 내지 도 2에 대한 설명에서 전술한 바와 같이, X-ray 검출기는 X-ray를 전기신호로 변환하는 방식에 따라 직접방식 검출기와 간접방식 검출기로 구분될 수 있다. 직접방식 검출기는 X-ray의 조사에 의해 발생하는 전자-정공의 쌍을 전기적 신호로 직접 검출하는 반면, 간접방식 검출기는 발광체(scintillator)를 통해 X-ray를 가시광선 파장 대역의 빛으로 변환한 뒤, 빛을 전기적 신호로 검출할 수 있다.
일반적인 단층 영상 장치는 간접방식 검출기인 적분형 검출기에 기반하고 있으며, 광자의 에너지 대역을 구분할 수가 없다. 따라서, 다양한 에너지 스펙트럼에 분포되어 있는 광자들에 대하여, 에너지를 구분하지 않고 선속경화 보정 프로세스를 수행한다.
반면에, 일부 실시예에 따른 단층 영상 장치(400)는 에너지 대역에 따라 선속경화를 상이하게 보정하기 위하여, 에너지를 구분하여 광자를 검출할 수 있는 광자계수형 검출기를 이용한다.
단층 영상 장치(400)가 도 1 내지 도 2에서 설명한 CT 시스템(100)에 포함되는 경우, 데이터 획득부(410)는 광자계수형 검출기, 데이터 획득 회로(116) 및 데이터 송신부(120)를 거쳐서 제1 프로젝션 데이터들을 획득할 수 있다.
제1 프로젝션 데이터들은 가공되지 않은 로 데이터(raw data)로서, 대상체를 통과한 X-ray의 세기에 상응하는 데이터 값의 집합이 될 수 있다.
영상 전처리부(420)는 복수 개의 에너지 대역 별로, 제1 프로젝션 데이터들에 대해서 선속경화 보정 프로세스를 수행하여 대상체에 대한 제2 프로젝션 데이터들을 획득한다.
구체적으로, 영상 전처리부(420)는 에너지 대역에 따라 선속경화의 크기가 상이한 특성을 고려하여, 선속경화 보정 프로세스를 수행한다. 예를 들어, 영상 전처리부(420)는 높은 에너지 대역의 제1 프로젝션 데이터들 보다, 낮은 에너지 대역의 제1 프로젝션 데이터들에 대해서 더 큰 선속경화 보정을 적용할 수 있다.
선속경화 보정 프로세스 이외에도, 영상 전처리부(420)는 채널들 사이의 감도 불균일 정정 프로세서, 신호 세기의 급격한 감소 또는 금속 같은 X선 흡수재로 인한 신호의 유실 정정 프로세스 등을 수행할 수 있다.
영상 재구성부(430)는 제2 프로젝션 데이터들에 기초하여, 대상체에 대한 단층 영상을 재구성한다. 대상체에 대한 단층 영상은 2차원 및 3차원 단층 영상을 포함한다. 환언하여, 영상 재구성부(430)는 획득된 제2 프로젝션 데이터 세트에 기초하여, 콘 빔 재구성(cone beam reconstruction) 방법 등을 이용하여 대상체에 대한 3차원 영상을 생성할 수 있다.
영상 재구성부(430)에 의해 생성된 대상체의 단층 영상은 선속경화에 따른 인공물이 효과적으로 제거될 수 있다.
도 5는 또 다른 일부 실시예에 따른 단층 영상 장치(500)의 구조를 나타내는 블락도이다.
도 5의 단층 영상 장치(500)는 도 4의 단층 영상 장치(500)에 비하여 제어부(540), X-ray 생성부(550), 광자계수형 검출기(560), 메모리(570), 사용자 인터페이스부(580) 및 디스플레이부(590)를 더 포함할 수 있다. 도 5의 단층 영상 장치(500)의 이외의 구성들은 도 4의 단층 영상 장치(400)에 동일 대응될 수 있다. 구체적으로, 데이터 획득부(510), 영상 전처리부(520) 및 영상 재구성부(530)는 도 4의 단층 영상 장치(400)의 데이터 획득부(410), 영상 전처리부(420) 및 영상 재구성부(430)에 동일 대응될 수 있다. 따라서, 도 4와 중복되는 설명은 생략한다.
또한, 도 5의 단층 영상 장치(500)는 도 1 내지 도 2에서 설명된 CT 시스템(100)에 포함될 수 있다. 구체적으로, 단층 영상 장치(500)의 데이터 획득부(510), 영상 전처리부(520) 및 영상 재구성부(530)는 CT 시스템(100)의 영상 처리부(126)에 포함될 수 있다. 또한, 단층 영상 장치(500)의 제어부(540), X-ray 생성부(550), 메모리(570), 사용자 인터페이스부(580) 및 디스플레이부(590)는 CT 시스템(100)의 제어부(118), X-ray 생성부(106), 저장부(124), 입력부(128) 및 디스플레이부(130)에 동일 대응되거나 포함될 수 있다. 또한, 단층 영상 장치(500)의 광자 계수형 검출기(560)는 구현 방법에 따라서, CT 시스템(100)의 X-ray 검출부(108)에 동일 대응되거나 포함될 수 있으며, CT 시스템(100)의 X-ray 검출부(108) 및 데이터 획득 회로(116)에 포함될 수 있다. 따라서, 도 1 내지 도 2와 중복되는 설명은 생략한다.
제어부(540)는 단층 영상 장치(500)의 각각의 모듈의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(540)는 데이터 획득부(510), 영상 전처리부(520), 영상 재구성부(530), X-ray 생성부(550), 광자계수형 검출기(560), 메모리(570), 사용자 인터페이스부(580) 및 디스플레이부(590) 등을 제어할 수 있다.
X-ray 생성부(550)는 대상체에 X-ray를 조사한다. 구체적으로, X-ray 생성부(550)는 튜브 전압에 상응하게 복수의 에너지 스펙트럼을 갖는 X-ray들을 생성하고, 대상체에 X-ray를 조사할 수 있다.
광자계수형 검출기(560)는 X-ray를 복수 개의 에너지 대역 별로 구분하여 검출한다. 구체적으로, 광자계수형 검출기(560)는 X-ray 생성부(550)에 의해 대상체에 조사된 X-ray를 복수 개의 에너지 대역 별로 구분하여 검출할 수 있다.
광자계수형 검출기(560)에 대해서는 이하 도 10을 참조하여 상세히 설명한다.
메모리(570)는 단층 영상을 생성하는데 있어서 필요한 정보 및 데이터들 또는 단층 영상을 생성하면서 획득된 정보 및 데이터들을 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(570)는 제1 프로젝션 데이터, 제2 프로젝션 데이터 및 재구성된 단층 영상 등을 저장할 수 있다.
또한, 메모리(570)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.
사용자 인터페이스부(580)는 사용자 입력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스부(580)는 X-ray가 검출되는 복수 개의 에너지 대역을 설정하기 위한 입력을 수신할 수 있다.
구체적으로, 사용자 인터페이스부(580)는 튜브 전압에 따라, 복수 개의 에너지 대역 각각에 대한 최대값 및 최소값을 설정하는 입력을 수신할 수 있다. 또한, 사용자 인터페이스부(580)는 복수 개의 에너지 대역의 개수를 설정하는 입력을 수신할 수 있다. 또한, 광자계수형 검출기(560)는 설정된 복수 개의 에너지 대역 별로 X-ray를 구분하여 검출할 수 있다.
디스플레이부(590)는 사용자 인터페이스 화면 및 단층 영상과 같은 대상체의 촬영 결과물을 디스플레이할 수 있다.
또한, 사용자 인터페이스부(580)는 터치 패드로 형성될 수 있다. 구체적으로, 사용자 인터페이스부(580)는 디스플레이부(590)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 인터페이스부(580)가 터치 패드로 형성되는 경우, 사용자가 사용자 인터페이스 화면의 소정 지점을 터치하면, 사용자 인터페이스부(580)는 터치된 지점을 감지한다. 그리고, 감지된 정보를 영상 전처리부(520) 또는 영상 재구성부(530)로 전송할 수 있다. 그러면, 영상 전처리부(520) 또는 영상 재구성부(530)는 감지된 지점에 표시된 메뉴에 대응되는 사용자의 요청 또는 명령을 인식하며, 인식된 요청 또는 명령을 반영하여 단층 영상을 전처리하거나 재구성하는 동작을 수행할 수 있다.
도 6은 선속경화에 따른 X-ray 에너지 스펙트럼(600)의 일 예를 도시한다. 구체적으로, 도 6은 튜브 전압에 따라 X-ray 생성부(550)에서 생성된 X-ray의 에너지 스펙트럼(640)과, 대상체를 투과하여 검출부에서 검출된 X-ray의 에너지 스펙트럼(650)을 도시한다. 환언하면, 640의 그래프는 선속경화 현상이 발생하기 전 X-ray 에너지 스펙트럼을 도시하고, 650의 그래프는 선속경화 현상이 발생한 후 X-ray 에너지 스펙트럼을 도시한다.
예를 들어, 도 6을 참조하면, 튜브 전압이 50kVp(kilovolt peak)인 경우 X-ray 생성부(550)에서 생성되는 X-ray의 에너지는 50keV(kiloelectron volt)까지 연속적으로 분포할 수 있다.
전술한 바와 같이, 에너지 대역에 따라 선속경화의 크기가 상이할 수 있다. 구체적으로, 에너지 대역이 낮을수록 대상체의 감약계수가 커지고, 선속경화 현상의 크기(magnitude of beam hardnening effect)가 클 수 있다.
예를 들어, X-ray의 에너지 대역을 10keV ~ 22keV의 제1 대역(610), 22keV ~ 36keV의 제2 대역(620) 및 36keV ~ 50keV의 제3 대역(630)으로 나눴을 때, 제1 대역(610), 제2 대역(620) 및 제3 대역(630) 순으로 선속경화 현상의 크기가 작아진다.
도 7은 일부 실시예에 따른 단층 영상 장치(400)가 선속경화를 보정하여 단층 영상을 재구성하는 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
예를 들어, 튜브 전압이 50kVp인 경우, X-ray 생성부(460)는 50keV 이하의 연속적인 에너지 스펙트럼을 갖는 X-ray를 생성할 수 있다. 또한, X-ray 생성부(460)는 튜브 전압을 포함한 촬영 조건에 따라 생성된 X-ray를 대상체(10)에 조사할 수 있다.
도 7을 참조하면, X-ray 생성부(460)에서 최초 생성된 X-ray의 연속적인 에너지 스펙트럼(710)의 일 예가 도시된다.
광자계수형 검출기(470)는 대상체를 투과한 X-ray를 복수 개의 에너지 대역별로 구분하여 검출할 수 있다. 구체적으로, 광자계수형 검출기(470)는 튜브 전압 이하의 에너지 스펙트럼을 복수 개의 에너지 대역으로 나누고, 나누어진 에너지 대역 각각에 대해 X-ray를 검출할 수 있다.
예를 들어, 광자계수형 검출기(470)는 10keV ~ 22keV의 제1 대역, 22keV ~ 36keV의 제2 대역 및 36keV ~ 50keV의 제3 대역으로 구분하여 X-ray를 검출할 수 있다.
데이터 획득부(410)는 광자계수형 검출기(470)로부터 복수 개의 에너지 대역 별로 대상체에 대한 제1 프로젝션 데이터를 획득할 수 있다. 또는, 데이터 획득부(410)는 광자계수형 검출기(470), 데이터 획득 회로(미도시) 및 데이터 송신부(미도시)를 거쳐서 제1 프로젝션 데이터를 획득할 수 있다.
도 7을 참조하면, 데이터 획득부(410)에서 획득된 제1 프로젝션 데이터의 에너지 스펙트럼(720)의 일 예가 도시된다. 예를 들어, 데이터 획득부(410)는 10keV ~ 22keV의 제1 대역, 22keV ~ 36keV의 제2 대역 및 36keV ~ 50keV의 제3 대역으로 구분된 대상체에 대한 제1 프로젝션 데이터들을 획득할 수 있다. 또한, 제1 프로젝션 데이터의 에너지 스펙트럼(720)에 도시된 바와 같이, 제3 대역에서 제1 대역으로 갈수록 선속경화 현상이 점차 커질 수 있다.
여기서, 데이터 획득부(410)에서 획득된 제1 프로젝션 데이터의 에너지 스펙트럼(720)은 광자계수형 검출기(470)에서 검출된 X-ray 에너지 스펙트럼과 동일할 수 있다.
영상 전처리부(420)는 복수 개의 에너지 대역 별로, 제1 프로젝션 데이터들에 대해 선속경화 보정 프로세스를 수행하여 대상체에 대한 제2 프로젝션 데이터들을 획득한다.
예를 들어, 영상 전처리부(420)는 복수 개의 에너지 대역 각각에 대응되는 소정의 선속경화 보정 계수(beam hardening correction coefficient)들에 기초하여, 선속경화 보정 프로세스를 수행할 수 있다. 환언하면, 영상 전처리부(420)는 에너지 대역에 따라 상이하게 설정된 선속경화 보정 계수들에 기초하여, 제1 프로젝션 데이터들의 선속경화 현상을 보정할 수 있다.
여기서 선속경화 보정 계수란, 선속경화 현상에 따른 인공물을 제거하기 위한 소정의 연산에서 이용되는 계수를 의미할 수 있다.
구체적으로, 영상 전처리부(420)는 수학식 1에 따라, polynomial fitting 또는 curve fitting 등의 선속경화 보정 프로세스를 수행할 수 있다.
Figure 112015005893230-pat00001
여기서, P1 내지 Pn은 선속경화 보정 프로세스의 입력값인, 제1 에너지 대역 내지 제n 에너지 대역에 대응되는 제1 프로젝션 데이터들을 의미한다. 또한, Pc1 내지 Pcn은 선속경화 보정 프로세스의 출력값인, 제1 에너지 대역 내지 제n 에너지 대역에 대응되는 제2 프로젝션 데이터들을 의미한다. 또한, a10 내지 a1m은 제1 에너지 대역에 대한 선속경화 보정 계수들을 의미하며, an0 내지 anm은 제n 에너지 대역에 대한 선속경화 보정 계수들을 의미한다.
선속경화 보정 프로세스의 차수(order) m이 높게 설정될수록, 영상 전처리부(420)는 더욱 정밀하게 선속경화 보정 프로세스를 수행할 수 있다. 예를 들어, 영상 전처리부(420)는 3차(3rd order) polynomial fitting을 통해, 제1 프로젝션 데이터에 대해 선속경화 보정 프로세스를 수행할 수 있다.
또한, 일반적으로 에너지 대역이 낮을수록 선속경화 현상이 크게 발생하기 때문에, 제1 에너지 대역이 가장 낮은 에너지 대역에 해당하는 경우, Pc1이 P1으로부터 보정된 크기는 Pc2가 P2로부터 보정된 크기보다 클 수 있다.
또한, 영상 전처리부(420)는 선속경화 보정 계수들 각각이 대응되는 에너지 대역, 튜브 전압(tube voltage) 및 슬라이스 개수(number of slices) 중 적어도 하나에 기초하여, 선속경화 보정 계수들을 설정할 수 있다.
전술한 바와 같이, 에너지 대역에 따라 선속경화의 크기가 다르므로, 선속경화 보정 계수의 값은 선속경화 보정 계수가 대응되는 에너지 대역에 따라 상이할 수 있다.
튜브 전압에 따라 X-ray 생성부(460)에서 생성되는 X-ray의 에너지 스펙트럼의 특성이 상이해질 수 있다. 따라서, 선속경화 보정 계수의 값은 튜브 전압에 따라 상이할 수 있다. 예를 들어, X-ray 에너지 스펙트럼의 확률 밀도 함수는 튜브 전압에 따라 상이한 형태를 가질 수 있다.
슬라이스 개수(또는 슬라이스 두께)에 따라 대상체를 투과하는 X-ray의 특성이 달라질 수 있다. 따라서, 선속경화 보정 계수의 값은 슬라이스 개수에 따라 상이할 수 있다.
영상 전처리부(420)는 에너지 대역, 튜브 전압 및 슬라이스 개수 이외에도, 또 다른 단층 영상 촬영 조건에 기초하여 선속경화 보정 계수를 설정할 수 있다.
또한, 영상 전처리부(420)는 팬텀(phantom)을 이용하여 복수 개의 에너지 대역 각각에 대응되는 선속경화 보정 계수들을 획득할 수 있다.
예를 들어, 단층 영상 장치(400, 500)는 복수 개의 에너지 대역 각각에 대한 선속경화 보정 계수들을 획득하기 위하여, 물 팬텀, 아크릴 팬텀, 플라스틱 팬텀 등 단일 물질로 구성된 팬텀을 이용할 수 있다.
물 팬텀은 선속경화 보정 계수를 획득하기 위해 이용되는 대표적인 팬텀이다. 인체는 약 70~80%가 물로 구성되어 있다. 따라서, 물 팬텀에서 발생하는 선속경화 현상의 경향성 또는 특징은, 인체에서 발생하는 선속경화 현상의 경향성 또는 특징과 유사하다. 그러므로, 물 팬텀을 이용하여 획득된 선속경화 보정 계수를 인체의 단층 영상에 적용하여, 인체의 단층 영상에서 발생하는 선속경화에 따른 인공물을 효과적으로 제거할 수 있다.
단일 물질로 구성된 팬텀 이외에도, 단층 영상 장치(400, 500)는 다양한 물질들이 혼합되어, 인체와 유사한 구성을 갖는 팬텀을 이용하여 선속경화 보정 계수를 획득할 수 있다.
이하에서는, 도 8을 참조하여 일부 실시예에 따른 단층 영상 장치(400, 500)가 물 팬텀을 이용하여 선속경화 보정 계수를 획득하는 동작에 대하여 설명한다. 또한, 설명의 편의를 위해, 도 8에서는 일부 실시예에 따른 단층 영상 장치(400, 500)가 CT 시스템(100)에 포함되는 경우를 가정한다.
도 8은 선속경화에 따른 물 팬텀의 단층 영상 및 선속경화가 보정된 물 팬텀의 단층 영상을 도시한다. 구체적으로, 도 8의 (a)는 선속경화에 따른 물 팬텀의 CT 영상(800a) 및 CT 영상(800a)의 중심을 지나는 소정의 축(810a)에 따른 CT 넘버(CT number, 820a)를 도시한다. 또한, 도 8의 (b)는 선속경화가 보정된 물 팬텀의 CT 영상(800b) 및 CT 영상(800b)의 중심을 지나는 소정의 축(810b)에 따른 CT 넘버(820b)를 도시한다.
도 8의 (a)를 참조하면, 선속경화 현상에 따라 물 팬텀에 대한 CT 영상(800a)의 CT 넘버(820a)는 중앙으로 갈수록 낮은 값을 갖게 된다. 따라서, 선속경화 현상에 의해 물의 중앙으로 갈수록, CT 영상(800a)이 점차 어두워질 수 있다.
반면에, 도 8의 (b)를 참조하면, 선속경화 현상이 보정된 물 팬텀에 대한 CT 영상(800b)의 CT 넘버(820b)는 일정한 값(예를 들어 0)을 가질 수 있다. 따라서, 선속경화 현상이 보정된 물 팬텀의 CT 영상(800b)은 밝기가 일정할 수 있다. 환언하면, 물 팬텀에 대한 CT 영상의 CT 넘버가 일정한 값을 갖는다면, 선속경화 현상에 따른 인공물이 제거될 수 있다.
일부 실시예에 따른 단층 영상 장치(400)는 물 팬텀에 대한 CT 영상의 CT 넘버가 선속경화 보정 프로세스를 통해 일정한 값을 갖도록, 복수 개의 에너지 대역 각각에 대한 선속경화 보정 계수들을 설정할 수 있다.
구체적으로, 영상 전처리부(420)는 데이터 획득부로부터 수학식 1의 입력값인 물 팬텀에 대한 제1 프로젝션 데이터를 획득하고, 물 팬텀에 대한 CT 영상의 CT 넘버가 일정한 값을 갖도록 수학식 1의 출력값인 제2 프로젝션 데이터들을 설정할 수 있다. 또한, 영상 전처리부(420)는 획득된 물 팬텀의 제1 프로젝션 데이터들, 설정된 물 팬텀의 제2 프로젝션 데이터들 및 수학식 1에 기초하여 복수 개의 에너지 대역 각각에 대한 선속경화 보정 계수들을 설정할 수 있다.
다시 도 7을 참조하면, 예를 들어, 영상 전처리부(420)는 팬텀을 이용하여 획득한 10keV ~ 22keV의 제1 대역의 선속경화 보정 계수들(즉, a10 내지 a1m), 22keV ~ 36keV의 제2 대역의 선속경화 보정 계수들(즉, a20 내지 a2m) 및 36keV ~ 50keV의 제3 대역의 선속경화 보정 계수들(즉, a30 내지 a3m)에 기초하여, 대상체(10)의 제1 프로젝션 데이터들에 대해 선속경화 보정 프로세스를 수행할 수 있다.
도 7을 참조하면, 제1 대역의 제2 프로젝션 데이터의 에너지 스펙트럼(731), 제2 대역의 제2 프로젝션 데이터의 에너지 스펙트럼(732), 제3 대역의 제2 프로젝션 데이터의 에너지 스펙트럼(733) 및 총 제2 프로젝션 데이터의 에너지 스펙트럼(730)의 일 예가 도시된다.
또한, 영상 재구성부(430)는 제2 프로젝션 데이터들에 기초하여, 대상체(10)의 단층 영상을 재구성할 수 있다.
도 9는 선속경화에 따른 X-ray(beam hardened X-ray)의 투과 깊이에 따른 감쇠도(900)를 개략적으로 도시한다.
전술한 바와 같이, 선속경화 현상이 발생하면 낮은 에너지 대역의 광자가 높은 에너지 대역의 광자보다 더 많이 감쇠하므로, 대상체를 투과할수록 대상체에 대한 선속의 평균 에너지가 증가하며, 투과도가 증가하게 된다. 따라서, 도 9를 참조하면, 선속경화에 따른 X-ray(beam hardened X-ray)의 투과 깊이에 따른 감쇠량(920)의 기울기(즉, 감쇠도)는 투과 깊이가 깊어질수록 줄어들 수 있다.
반면에, 선속경화 현상이 보정된 경우, 선속의 평균 에너지에 변화가 없으므로, 대상체를 투과하는 깊이가 깊어지더라도 투과도에 변화가 없다. 따라서, 도 9를 참조하면, 선속경화가 보정된 X-ray의 투과 깊이에 따른 감쇠량(910)의 기울기(즉, 감쇠도)는 투과 깊이와 무관하게 일정할 수 있다.
따라서, 영상 전처리부(410, 510)는 X-ray의 투과 깊이에 따른 감쇠량의 기울기가 투과 깊이에 따라 일정하도록, 선속경화 보정 계수를 설정할 수 도 있다.
도 10은 일부 실시예에 따른 광자계수형 검출기(photon counting detector)가 X-ray의 에너지를 구분하여 검출하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
광자계수형 검출기(1000)는 검출된 X-ray의 에너지를 구별하기 위한 적어도 하나의 비교기(1030)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 광자계수형 검출기(1000)의 X-ray 센서(1010)와 데이터 획득 회로는 bump-bonding 등의 방식으로 연결될 수 있다. X-ray에 의해 생성된 전자-정공 쌍은 데이터 획득 회로의 증폭기(1020)로 전달되고, 증폭기(1020)는 전자-정공 쌍에 해당하는 전압 신호를 출력할 수 있다. 그러면, 비교기(1030)는 증폭기(1020)에서 출력된 전압 신호와 외부에서 제어 가능한 문턱전압(threshold voltage)을 비교하여, 증폭기(1020)에서 출력된 전압 신호가 문턱전압보다 높은 경우 "1"을 출력하고, 반대의 경우 "0"을 출력할 수 있다.
광자계수형 검출기(1000)는 비교기(1030)의 출력 값을 계수할 수 있는 계수기(counter, 1040)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 계수기(1040)는 비교기(1030)에서 출력된 "1"의 값을 계수하여, 조사된 X-ray 중 문턱전압 이상의 광자를 계수할 수 있다.
또한, 일부 실시예에 따른 단층 영상 장치(500)의 제어부(540)는 사용자 인터페이스부(580)에 의해 수신된 복수 개의 에너지 대역을 설정하는 입력에 따라, 광자계수형 검출기(1000)의 비교기(1030)에 인가되는 임계 전압을 제어할 수 있다.
도 11은 일부 실시예에 따른 단층 영상의 이미징 방법(1100)을 나타내는 흐름도이다. 단층 영상의 이미징 방법(1100)은 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명한 단층 영상 장치(400, 500)을 통하여 수행될 수 있다. 또한, 단층 영상의 이미징 방법(1100)의 동작 구성은 전술한 단층 영상 장치(400, 500)의 동작 구성과 동일한 기술적 사상을 포함한다. 따라서, 도 1 내지 도 10과 중복되는 설명은 생략한다.
도 11을 참조하면, 일부 실시예에 따른 단층 영상의 이미징 방법(1100)은 X-ray를 복수 개의 에너지 대역 별로 구분하여 검출하는 광자계수형 검출기로부터, 복수 개의 에너지 대역 별로 대상체에 대한 제1 프로젝션 데이터들을 획득할 수 있다(1110 단계). 또한, 1110 단계의 동작은 단층 영상 장치(400, 500)의 데이터 획득부(410, 510)에 의해 수행될 수 있다.
또한, 일부 실시예에 따른 단층 영상의 이미징 방법(1100)은 광자계수형 검출기가 X-ray를 검출하기 위한 복수 개의 에너지 대역을 설정하는 입력을 수신할 수 있다.
단층 영상의 이미징 방법(1100)은 복수 개의 에너지 대역 별로, 제1 프로젝션 데이터들에 대해 선속경화 보정 프로세스를 수행하여 대상체에 대한 제2 프로젝션 데이터들을 획득할 수 있다(1120 단계). 1120 단계의 동작은 단층 영상 장치(400, 500)의 영상 전처리부(420, 520)에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 단층 영상의 이미징 방법(1100)은 복수 개의 에너지 대역 각각에 대응되는 소정의 선속경화 보정 계수들에 기초하여, 선속경화 보정 프로세스를 수행할 수 있다.
단층 영상의 이미징 방법(1100)은 제2 프로젝션 데이터들에 기초하여, 대상체에 대한 단층 영상을 재구성할 수 있다(1130 단계). 1130 단계의 동작은 단층 영상 장치의 영상 재구성부(430, 530)에 의해 수행될 수 있다.
도 12는 다른 실시예에 따른 단층 영상의 이미징 방법(1200)을 나타내는 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 일부 실시예에 따른 단층 영상의 이미징 방법(1200)은 팬텀을 이용하여 복수 개의 에너지 대역 각각에 대응되는 선속경화 보정 계수들을 획득할 수 있다(1210 단계). 1210 단계의 동작은 단층 영상 장치(400, 500)의 영상 전처리부(420, 520)에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 단층 영상의 이미징 방법(1200)은 물, 아크릴 또는 플라스틱 팬텀 등의 단일 물질 팬텀을 이용하여, 선속경화 보정 계수들을 설정할 수 있다.
단층 영상의 이미징 방법(1200)은 대상체에 X-ray를 조사할 수 있다(1220 단계). 1220 단계의 동작은 단층 영상 장치(500)의 X-ray 생성부(550)에 의해 수행될 수 있다. 구체적으로, 단층 영상의 이미징 방법은 튜브 전압에 따라 연속적인 에너지 스펙트럼의 X-ray를 생성하고, 대상체에 조사할 수 있다.
단층 영상의 이미징 방법(1200)은 광자계수형 검출기를 이용하여, X-ray를 복수 개의 에너지 대역 별로 구분하여 검출할 수 있다(1230 단계). 1230 단계의 동작은 단층 영상 장치(500)의 광자계수형 검출기(560)에 의해 수행될 수 있다.
단층 영상의 이미징 방법(1200)은 광자계수형 검출기가 X-ray를 검출하기 위한 복수 개의 에너지 대역을 설정하는 입력을 수신할 수 있다. 또한, 광자계수형 검출기가 포함하는 비교기에 인가되는 문턱전압은 수신된 입력에 따라 설정될 수 있다.
단층 영상의 이미징 방법(1200)은 광자계수형 검출기로부터 복수 개의 에너지 대역 별로 대상체에 대한 제1 프로젝션 데이터들을 획득할 수 있다(1240 단계). 1240 단계의 동작은 단층 영상 장치(400, 500)의 데이터 획득부(410, 510)에 의해 수행될 수 있다. 또한, 1240 단계의 동작은 1110 단계의 동작에 동일 대응될 수 있으므로, 도 11과 중복되는 설명은 생략한다.
단층 영상의 이미징 방법(1200)은 복수 개의 에너지 대역 별로, 제1 프로젝션 데이터들에 대해 선속경화 보정 프로세스를 수행하여 대상체에 대한 제2 프로젝션 데이터들을 획득할 수 있다(1250 단계). 1250 단계의 동작은 단층 영상 장치(400, 500)의 영상 전처리부(420, 520)에 의해 수행될 수 있다. 또한, 1250 단계의 동작은 1120 단계의 동작게 동일 대응될 수 있으므로, 도 11과 중복되는 설명은 생략한다.
단층 영상의 이미징 방법(1200)은 제2 프로젝션 데이터들에 기초하여, 대상체에 대한 단층 영상을 재구성할 수 있다(1260 단계). 1260 단계의 동작은 단층 영상 장치의 영상 재구성부(430, 530)에 의해 수행될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본원 발명의 단층 영상 장치(400, 500) 및 단층 영상의 이미징 방법(1100, 1200)은 에너지 대역별로 구분하여 선속경화 현상을 보정함으로써, 단층 영상에 존재하는 선속경화에 의한 인공물을 효과적으로 제거하고, 해상도가 향상된 단층 영상을 제공할 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)와 같은 저장매체를 포함한다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 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.

Claims (15)

  1. X-ray를 복수 개의 에너지 대역 별로 구분하여 검출하는 광자계수형 검출기(photon counting detector)로부터, 상기 복수 개의 에너지 대역 별로 대상체에 대한 제1 프로젝션 데이터들을 획득하고,
    상기 복수 개의 에너지 대역 각각에 대응되는 소정의 선속경화 보정 계수(beam hardening correction coefficient)들에 기초하여, 상기 복수 개의 에너지 대역 별로, 상기 제1 프로젝션 데이터들에 대해 선속경화 보정 프로세스(beam hardening correction process)를 수행하여 상기 대상체에 대한 제2 프로젝션 데이터들을 획득하고,
    상기 제2 프로젝션 데이터들에 기초하여, 상기 대상체에 대한 단층 영상을 재구성하는 제어부를 포함하고,
    제2 에너지 대역 보다 낮은 제1 에너지 대역에 대응되는 선속경화 보정 계수는, 상기 제2 에너지 대역 보다 상기 제1 에너지 대역에서 더 큰 선속경화 보정이 수행되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 단층 영상 장치(tomography imaging apparatus).
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 선속경화 보정 계수들 각각이 대응되는 에너지 대역, 튜브 전압(tube voltage) 및 슬라이스 개수(number of slices) 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 선속경화 보정 계수들을 설정하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 장치.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는
    팬텀(phantom)을 이용하여 상기 복수 개의 에너지 대역 각각에 대응되는 상기 선속경화 보정 계수들을 획득하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 에너지 대역을 설정하기 위한 입력을 수신하는 사용자 인터페이스부를 더 포함하는 단층 영상 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 대상체에 상기 X-ray를 조사하는 X-ray 생성부를 더 포함하는 단층 영상 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 광자계수형 검출기를 더 포함하는 단층 영상 장치.
  8. X-ray를 복수 개의 에너지 대역 별로 구분하여 검출하는 광자계수형 검출기(photon counting detector)로부터, 상기 복수 개의 에너지 대역 별로 대상체에 대한 제1 프로젝션 데이터들을 획득하는 단계;
    상기 복수 개의 에너지 대역 각각에 대응되는 소정의 선속경화 보정 계수(beam hardening correction coefficient)들에 기초하여, 상기 복수 개의 에너지 대역 별로, 상기 제1 프로젝션 데이터들에 대해 선속경화 보정 프로세스(beam hardening correction process)를 수행하여 상기 대상체에 대한 제2 프로젝션 데이터들을 획득하는 단계; 및
    상기 제2 프로젝션 데이터들에 기초하여, 상기 대상체에 대한 단층 영상을 재구성하는 단계를 포함하고,
    제2 에너지 대역 보다 낮은 제1 에너지 대역에 대응되는 선속경화 보정 계수는, 상기 제2 에너지 대역 보다 상기 제1 에너지 대역에서 더 큰 선속경화 보정이 수행되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 단층 영상 장치의 이미징 방법.
  9. 삭제
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 선속경화 보정 계수들 각각이 대응되는 에너지 대역, 튜브 전압(tube voltage) 및 슬라이스 개수(number of slices) 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 선속경화 보정 계수들을 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 장치의 이미징 방법.
  11. 제8 항에 있어서,
    팬텀을 이용하여 상기 복수 개의 에너지 대역 각각에 대응되는 상기 선속경화 보정 계수들을 획득하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 장치의 이미징 방법.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 복수 개의 에너지 대역을 설정하기 위한 입력을 수신하는 단계를 더 포함하는 단층 영상 장치의 이미징 방법.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 대상체에 상기 X-ray를 조사하는 단계를 더 포함하는 단층 영상 장치의 이미징 방법.
  14. 제8 항에 있어서,
    상기 광자계수형 검출기를 이용하여, 상기 X-ray를 상기 복수 개의 에너지 대역 별로 구분하여 검출하는 단계를 더 포함하는 단층 영상 장치의 이미징 방법.
  15. 제8항 및 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항의 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
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