KR20100114090A - 단일 센서의 다기능 치과용 구강외 방사선 영상 시스템 및 방법 - Google Patents

단일 센서의 다기능 치과용 구강외 방사선 영상 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

다기능의 치과용 구강외 방사선 영상 시스템은 통상적인 방사선원과, 상기 방사선원의 운동을 이동과 회전에 의해 제어하는 머니퓰레이터와, 방사선 영상 디바이스를 실시간으로 생성하는 다중 프레임과, 적어도 2개의 다른 노출 프로파일 프로그램을 포함하는 바, 상기 프로파일 중 제 1 프로파일은 표준적인 파노라마 영사을 생성하고 상기 프로파일 중 다른 제 2 프로파일은 파노라마 영상에 대하여 각이 있는 횡축의 슬라이스를 생성한다. 제 3 노출 프로파일 프로그램은 2개의 선형 투사 영상, 즉 머리부의 우측과 좌측을 결합함으로써 사람 머리부의 선형 투사 영상을 생성한다. 센서는 바람직하게 프레임 모드에서 작동하여 100fps 이상의 프레임을 생성하는 선형 직접 변환식이다.

Description

단일 센서의 다기능 치과용 구강외 방사선 영상 시스템 및 방법{A single Sensor Multi-Functional Dental Extra-Oral X-Ray Imaging System And Method}
본 특허출원은 2008년 3월 13일자로 출원된 미국 동시계속 출원번호 제12/076,039호의 우선권의 이익을 주장하되, 상기 출원번호 제12/076,039호는 본 명세서에 참고로 통합되어 있으며, 본 특허출원은 미국 정규 실용특허 출원의 일부계속출원이다.
본 발명은 치과용 구강외 영상 시스템 분야에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 파노라마식 치과용 방사선(x선) 영상 시스템 및 컴퓨터 단층촬영(CT)식 치과용 방사선 영상 시스템에 관한 것이다.
디지털식 치과용 구강외 방사선 영상 시스템은 2개의 주요 카테고리로 분류될 수 있다. 제 1 카테고리는 평평한 2차원 영상을 생성하는 평면 영상 시스템이다. 상기 제 1 카테고리는 파노라마, 횡단선 및 머리부 촬영(cephalo; 세팔로) 영상을 포함한다. 제 2 카테고리는 3차원 영상을 생성하는 소위 체적(입체) 영상 시스템으로 구성된다. 상기 제 1 및 제 2 카테고리는 통상적으로 전산화 단층촬영 또는 컴퓨터 단층촬영(CT) 시스템으로 호칭된다.
실제 시스템들은 하나 이상의 양상을 가질 수 있는데, 각 하나의 시스템은 파노라마 영상 디바이스와 체적 영상 디바이스를 모두 이용하는 양상을 제공할 수 있다.
평면 영상 시스템에 대한 영상은 두 종류의 분해능, 즉 영상 디바이스의 2개 축선("폭"과 "높이"에 대응하는 축선)을 따르는 공간적인 영상 분해능 및 깊이 방향(즉, 영상 디바이스의 영상 레이어에 수직한 축선)으로의 분해능을 갖는다.
상기 공간 분해능은 영상 디바이스의 픽셀 사이즈, 영상 디바이스의 고유한 변조 전송기능(즉, 블러기능(blur function)), 기계적인 이동에 대한 정확도 및 방사선원의 특성에 따라 좌우된다. 통상적으로, 영상 디바이스의 픽셀 사이즈로 이루어진 물체를 보는 것이 가능하다. 즉, 100μ(미크론)의 픽셀 사이즈를 갖는 영상 디바이스는 100μ의 폭을 갖는 물체를 분석할 수 있다.
평면의 방사선 영상 시스템은 단일의 평면 영상에 투사된 영상화될 물체의 전체 면적을 갖는 영상을 산출한다. 이는 시야 내에 있는 물체의 모든 특징이 센서로부터 떨어진 실제 거리에 있는 영상에서 보여진다는 것을 의미한다. 대부분 경우에는, 선택된 관심 대상 이외의 특징 또는 물체의 영향을 제거하는 것이 필요하다. 예를 들면, 파노라마 영상에서, 등뼈의 그림자 영상은 제거되어야 한다. 깊이 분해능은 완벽하게 초점이 맞춰진 투사 영상을 가지는 영역이 영사에서 얼마나 작은지를 의미한다. 상기와 같이 투사 영상을 가지는 영역 이외의 다른 영역은 흐릿하게 표현되거나 완전히 표현되지 않는다. 상기 깊이 분해능은 주로 이동 방향에 따른 센서의 폭, 실제 이동 궤도 및 영상 디바이스의 공간 분해능에 따라 좌우된다. 공간 분해능과 깊이 분해능 간의 차이는 보이게 영상화될 물체 내의 모든 포인트로부터의 각도 범위에 따라 거의 전적으로 좌우된다. 깊이 분해능보다 더 큰 각도 범위인 소형의 물체는 깊이 있게 분석될 수 있다. 상술한 바와 같이 파노라마식 영상을 구현하는 구강외 시스템에서, 센서는 통상적으로 모든 프레임을 생성하지는 않지만 길고 작은 폭을 가지며 횡축 슬라이스를 분할할 수 없다. 이중의 목적을 갖는 구강외 시스템은 제 2 센서를 구비하되, 상기 제 2 센서는 1에 매우 근접하거나 등가인 m/n을 갖는 일종의 평판 패널로서, 상기 m은 평판 패널의 길이이고 n은 상기 평판 패널의 폭이다. 상기 평판 패널의 길이와 폭은 대부분의 치과용 구강외 영상 시스템에서 통상적으로 5㎝ ~ 20㎝의 범위이다.
일반적으로 일종의 CCD 센서와 같이 디지털화된 종래의 파노라마 방사선 영상 시스템(즉, "팬(pan)")은 지난 15년 동안 사용되어 왔다. 이러한 통상적이거나 일반적인 치과용 파노라마 방사선 영상 시스템은 사람 머리부 전체의 선형 투사 영상을 생성하는 머리부 촬영(cephalo; 세팔로) 팔을 포함하도록 개조될 수도 있다. 대부분의 치열 교정 의사들은 유용한 머리부 촬영 팔을 사용하거나 또는 사용하지 않는 파노라마식 시스템을 이용하지만 이는 치과 의사에게 추가 비용을 더 지불하게 한다.
기술적으로 진보된 팬(파노라마) 촬영 시스템은 통상적으로 소형의 평판 패널인 제 2 센서를 포함한다. 상기 제 2 센서는 통상적으로 10㎠ ~ 30㎠의 치수를 갖는 CCD 타입의 평판 패널이다. 예를 들면, 상기 팬(파노라마) 촬영 시스템은 나란히 배치된 2개의 센서를 갖고서 US 2006/0233301 A1에 설명되어 있다. 제 1 센서는 파노라마 센서이고 제 2 센서는 평판 패널이다. 상기 평판 패널이 적어도 180°까지의 회전을 포함하는 컴퓨터 단층촬영 이동 프로파일과 함께 이용될 때, 입체적인 3차원 영상이 생성된다. 또한 상기 제 2 센서는 횡축 슬라이스 이미지, 즉 실질적으로 선형 이동을 갖는 파노라마 레이어에 대하여 대략 직각인 영상을 생성하기 위해 이용될 수도 있다. 상기와 같이 이중 센서를 갖는 몇몇의 시스템은 오늘날의 시장에서 이용할 수 있다. 상기 제 2 센서에 추가하여 의사들을 위해 더 값비싼 시스템이 제작되고 있다. 또한, 머리부 촬영(세팔로) 팔은 머리부 촬영 영상을 갖기를 원하는 의사들을 위해 여전히 필요하다. 그러므로, 완전한 시스템은 파노라마 영상을 만들기 위한 제 1 센서, 횡축 슬라이스 및/또는 3차원 이미지를 만들기 위한 제 2 센서 및 머리부 촬영 팔을 필요로 할 것이며, 머리부 촬영 영상이 필요한 경우에는 파노라마 센서가 스냅식으로 부착될 것이다.
한층 더 기술적으로 진보된 팬(파노라마) 촬영 시스템으로서, 큰 면적의 평판 패널들을 갖는 매우 값비싼 치과용 컴퓨터 단층촬영 시스템이 있다. 상기 평판 패널은 장방형이고 100㎠ 이상의 활성영역을 갖는다. 이러한 팬(파노라마) 촬영 시스템은 의사에게 통상적으로 100,000달러(USD) ~ 200,000달러(USD) 범위의 비용이 소요된다. 따라서, 상기 비용은 대부분의 사설 의사에게 큰 부담이 되고 있다. 이러한 팬(파노라마) 촬영 시스템은 현재 임플란트 협회 및 규모가 큰 병원에서 이용되고 있다. 또한, 상기의 치과용 컴퓨터 단층촬영(CT) 시스템은 필요한 파노라마 영상, 횡축 슬라이스와 3차원 체적으로 이루어진 모든 영상을 생성할 수 있는 능력을 가지고 있지만, 기본적이거나 표준적인 파노라마 영상의 화질이 5배 정도로 싼 일반적인 디지털 팬 시스템을 이용하여 생출된 파노라마 영상의 화질보다 훨씬 나쁘다. 그럼에도 불구하고, 우수한 화질의 팬(파노라마) 촬영 영상뿐만 아니라 횡축 슬라이스와 3차원 영상을 갖기를 원하는 의사는 매우 값비싼 치과용 컴퓨터 단층촬영 시스템 및 팬(파노라마) 촬영 시스템을 구입하여야 한다. 치과용 컴퓨터 단층촬영 시스템이 우수한 화질의 팬 촬영 영상을 만들지 못하는 이유는 평판 패널이 30fps(frame per second)를 초과하지 않는 저 프레임 속도를 갖는 영역에서 많이 사용되기 때문이다. 저속에서, 컴퓨터 단층촬영 시스템은 표준적인 팬 노출과 흐릿한 영상을 표출할 수 없다.
따라서, 해결되어야 할 문제점이 있는데, 이는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템이 간단하고 저가의 구조를 가지면서 적어도 2개의 상이한 기능을 제공할 수 있게 하는 것이다.
상기 문제점을 해결하기 위한 하나의 해결책이 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허출원 제11/277,530호에 제시되었다. 상기 미국 특허출원 제11/277,530호에 따르면, 치과용 구강외 방사선 영상 시스템은 단일의 파노라마 프로파일 노출과 함게 제공되며, 상기 치과용 구강외 방사선 영상 시스템은 표준의 파노라마 영상, 몇 개의 비표준 파노라마 레이어들, 횡축 슬라이스 및 한정된 체적으로 이루어진 3차원 영상을 제공한다. 상기 치과용 구강외 방사선 영상 시스템은 파노라마 프로파일인 단일 노출 프로파일과 단일 센서를 사용하여 필요한 치과용 영상을 대부분 제공한다는 점에 있어서 고유한 특징이 있다. 그러나 본 발명의 발명자들은, 파노라마 프로파일이 실제로 명확하게 설계되어, 방사선원 및 영상 디바이스가 매우 흐릿하거나 사용 불가능한 횡축 슬라이스(파노라마 레이어에 대한 횡축 슬라이스) 및 한층 더 나쁜 3차원 영상을 제외하고는 최적의 파노라마 영상을 생성하는 방식으로 일정한 경로를 따라 이동한다는 것을 인식하였다. 또한, 미국 특허출원 제11/277,530호는 사람 머리부의 선형 투사 영상 또는 사람 머리부의 일부와 같은 머리부 촬영(세팔로) 타입의 영상을 제공하는 논의에 대해서는 개시하고 있지 않다.
본 발명의 제 1 측면에 따른 치과용 구강외 방사선 영상 시스템은, 방사선을 영상화될 물체에 노출시키는 방사선원; 상기 노출이 부분적으로 이루어지는 동안 복수개의 프레임들을 생성하며, 장축(m)과 단축(n)의 비율이 m/n≥1.5인 활성영역을 갖는 단일의 방사선 영상 디바이스; 상기 노출시 계속 방사된 프레임들 사이의 경로를 따라 상기 영상 디바이스를 이동시키되, 상기 방사선원의 초점과 방사선 영상 디바이스 사이에 위치 결정된 하나 이상의 회전축에 대한 선택적인 회전과 선택적인 이동에 의해 상기 방사선원과 영상 디바이스를 이동시킬 수 있는 머니퓰레이터를 포함하되, 상기 치과용 구강외 방사선 영상 시스템은 관심 대상의 부수적인 체적을 위한 국부적인 3차원 체적측정 영상 또는 파노라마 레이어 영상에 각이 있는 슬라이스를 생성하는 적어도 하나의 노출 프로파일 프로그램을 가지며, 상기 프로파일은 노출시 상기 관심 대상의 부수적인 체적 내의 대다수의 포인트들이 관계 β/α 〉2.1을 만족시키는 각도범위 β를 갖는 상기 방사선 영상 디바이스 내에 투사되는 것을 특징으로 하되, 상기 α는 상기 방사선 초점, 센서의 개구각으로부터 보여지는 상기 방사선 영상 디바이스의 각도이다.
본 발명에서, 노출 프로파일은 턱과 치아를 포함하는 사람의 모든 머리부를 방사부에 노출시키기 위해 방사선원과 영상 디바이스를 이동시킴에 따른 경로 또는 궤도이다. 노출 프로파일은 사람의 머리부에 지속적으로 방사선을 방사시킬 필요가 없으며, 사람의 머리부는 프로파일이 부분적으로 이루어지는 동안에만 노출될 수도 있다. 방사선 튜브는 AC 타입 또는 DC 타입으로 구성될 수도 있고 방사선은 펄스 방식으로 방사될 수도 있다. 방사선원과 방사선 디바이스는 서로 고정된 기하학적인 구조로 부착될 수도 있으며, 간혹 상기 기하학적인 구조는 이동가능한 기계적인 부품으로 교체될 수도 있다.
본 발명의 제 2 측면에 따른 치과용 구강외 방사선 영상 시스템은, 방사선을 영상화될 물체에 노출시키는 방사선원; 상기 노출이 부분적으로 이루어지는 동안 복수개의 프레임들을 생성하며, 장축(m)과 단축(n)의 비율이 m/n≥1.5인 활성영역을 갖는 방사선 영상 디바이스; 상기 노출시 계속 방사된 프레임들 사이의 경로를 따라 상기 영상 디바이스를 이동시키되, 상기 방사선원의 초점과 방사선 영상 디바이스 사이에 위치 결정된 하나 이상의 회전축에 대한 선택적인 회전과 선택적인 이동에 의해 상기 방사선원과 영상 디바이스를 이동시킬 수 있는 머니퓰레이터를 포함하되, 상기 치과용 구강외 방사선 영상 시스템은 영상화될 물체의 일부에 대한 실질상 선형의 투사 영상을 생성하는 노출 프로파일 프로그램을 구비하며, 상기 프로파일은 적어도 2개의 실질상 선형 섹션부를 구비한다. 바람직하게, 상기 선형의 투사 영상은 사람의 머리부에 대한 머리부 촬영 이미지이다.
본 발명의 제 3 측면에서, 머리부 촬영 팔을 사용하지 않고 단일 센서를 사용하여 머리부 촬영 투사 영상 이미지 뿐만 아니라 파노라마 투사 영상 이미지를 획득하기 위해, 영상 디바이스에 대한 방사선원의 초점 거리는 1.5m 이하, 바람직하게는 0.7m 이하이고, 영상화될 물체/머리부의 가장 인접한 면에 대한 영상 디바이스의 거리는 20㎝ 이하, 바람직하게는 10㎝ 이하이다.
본 발명은 적어도 하나 이상의 파노라마 레이어 영상을 생성하는 여러 가지 기능이 있을 뿐만 아니라, 횡축의 슬라이스 즉 상기 파노라마 레이어 영상의 관심 대상의 체적에 대하여 각이 있는 슬라이스에 대응하는 영상을 생성하는 노출 프로파일을 갖는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템을 개시한다. 또한 본 발명은 종래의 머리부 촬영 팔을 사용하지 않지만, 사람 머리부 또는 사람 머리부의 일부에 대한 선형의 머리부 촬영 투사 영상을 추가로 또는 선택적으로 생성할 수 있는 시스템을 설명한다.
바람직하게, 방사선원과 영상 디바이스는 기계적으로 파이(π) 형상의 구조로 설치되는데, 이는 머니퓰레이터를 선택적으로 이동 및 회전하게 제어할 것이다. 예를 들어, 이 머니퓰레이터는 2개 이상의 모터, 즉 x축 방향으로 이동하는 하나의 모터와 회전하는 다른 하나의 모터에 의해 달성될 수 있다. 더 바람직하게, 시스템은 3개의 모터, 즉 x축, y축 방향으로 이동을 제공하는 2개의 모터와 회전하는 제 3 모터를 구비한다.
복수개의 모터들과 제어 유닛(예를 들어, CPU 또는 EPROM)의 결합은 방사선원 및/또는 영상 디바이스의 이동을 조작하는 머니퓰레이터와 관련된다. 상기 머니퓰레이터는 몇 개의 노출 프로파일들을 실행하도록 미리 프로그램되어 있을 수 있으며, 이때 여러 개의 프로그램들은 여러 개의 노출 프로파일에 대응한다는 것을 의미하고, 노출 프로파일은 상기 방사선원 및/또는 영상 디바이스가 노출 동안에 이동함에 따른 경로이다.
영상 디바이스는 장축(m)과 단축(n)이 m/n≥1.5, 바람직하게는 m/n＞3, 더 바람직하게는 m/n＞6인 선형 타입으로 구성되어 있다. 길게 연장된 선형 형상을 가지면서 장방형으로 된 영상 디바이스의 선택이 매우 중요한데, 그 이유는 상기 영상 디바이스(센서)가 초당 50 프레임(50"fps") 이상, 바람직하게는 100fps 이상, 더 바람직하게는 150fps 내지 500fps 범위의 고 프레임 속도에서 작동할 수 있기 때문이다. 길게 연장되어 있으면서 고속의 영상 디바이스를 사용하여 본 발명은 저가이면서 매우 고화질(고속이기 때문)의 파노라마 영상을 생성한다. 바람직하게 상기 영상 디바이스는 CdTe-CMOS(Cadmium Telluride - CMOS) 또는 CdZnTe-CMOS(Cadmium Zinc Telluride - CMOS)이다. 상기 영상 디바이스는 우수한 고속의 분해능을 가지면서 우수한 검출 효율도 갖는다.
종래 기술의 통상적인 횡축의 치과용 영상 시스템은 주로 회전이 없거나 회전이 매우 적은 선형 이동 프로파일과 값비싼 광폭의 영상 센서를 이용한다. 그러나 본 발명에 따른 치과용 구강외 방사선 영상 시스템은 상술한 바와 같이 선형이고 저가이며, 고속이면서 실시간으로 프레임을 출력하는 영상 디바이스를 이용하여, 노출이 이루어지는 동안 선택적인 이동과 선택적인 회전의 조합인 경로를 따라 상기 방사선원과 영상 디바이스를 이동시킴으로써, 관심 대상의 부수적인 체적 내의 실질상 모든 포인트들이 각도범위 β/α 〉2.1의 여러 각도로부터 상기 방사선 영상 디바이스 내에 투사되게 한다. 이때, 상기 α는 상기 방사선 초점으로부터 보여지는 상기 방사선 영상 디바이스의 각도이다. 이와 같은 방식으로, 상기 영상 디바이스에 의해 생성된 프레임들은 파노라마 레이어에 대하여 각이 맞춰진 슬라이스의 영상을 복원하는 알고리즘을 구동하는 프로세서에 의해 이용된다.
선택적 또는 추가적으로, 선형의 영상 디바이스와 방사선원은 또 다른 노출 프로파일에서 상기 영상 디바이스에 대해 투사하는 인접한 선형 경로를 따라 사람의 머리부의 절반으로 이동한 후, 사람 머리부의 나머지 절반에 대하여 부분적인 이동과 부분적인 회전을 재위치시킴으로써, 노출을 계속하여 사람 머리부의 2개의 절반에 대한 2개의 선형 투사 영상을 생성할 수 있다. 이후, 2개의 선형 노출 동안에 영상 디바이스에 의해 생성된 프레임들은 알고리즘을 활용하는 프로세서에 조합되어, 통상적인 머리부 촬영 영상과 동등하거나 동일한 사람 머리부에 대한 완전한 선형 투사 영상을 생성하게 한다.
본 발명의 장점은 아래와 같이 여러 가지이다.
- 치과의사에게 필요한 몇몇 또는 다양한 기능성 영상을 생성하기 위해 저가의 센서이면서 단일의 선형을 갖는 단일의 시스템이 사용된다.
- 파노라마 영상들 뿐만 아니라 횡축 영상들(파노라마에 대한) 그리고 머리부의 선형 투사 영상은 어느 하나도 손상되지 않고 모두 우수한 화질이다.
- 본 발명에 따른 치과용 구강외 방사선 영상 시스템은 머리부 촬영 팔 또는 치과용 단층촬영 시스템을 갖는 종래의 고급 파노라마 시스템보다 훨씬 소형이고 경제적이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 바람직한 영상 디바이스는 CMOS에 범프 본딩된 CdTe 또는 CMOS 직접 변환에 범프 본딩된 CdZaTe이지만, 장축(m)과 단축(n)이 m/n≥1.5를 갖는 영상 디바이스를 제작하는 다른 구조가 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 사용될 수 있다. 예를 들어, 나노 형광체 간접 변환 검출기가 CMOS 또는 CCD에 결합되어 영상 디바이스로서 사용될 수 있거나, 보통의 형광체 또는 신틸레이터가 사용될 수도 있다. 대안적으로, CMOS, CCD 또는 평판 패널 상에 적용된 에피택시 성장 CdTe 및 CdZnTe가 사용될 수 있다. 또한 CCD 또는 다른 타입의 CMOS 센서 또는 평판 패널을 제작하는 구조가 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서는 관심 대상 물체의 영역에 대한 부분적인 단층촬영 영상 또는 부분적인 3차원 영상을 생성하기 위해, a) 관심 대상 물체를 방사선에 노출시켜서 상기 관심 대상 물체가 노출시에 영상화될 수 있도록 하는 방사선원; b) 상기 노출이 부분적으로 이루어지는 동안 다중 방사된 영상 프레임들을 생성하는 단일의 방사선 영상 디바이스; c) 상기 노출시 다중으로 계속 방사된 영상 프레임들에 대응하는 복수개의 위치들 사이의 경로를 따라 상기 방사선원과 영상 디바이스를 이동시키되, 상기 방사선원의 초점과 방사선 영상 디바이스 사이에 위치 결정된 하나 이상의 회전축에 대한 선택적인 회전과 선택적인 이동에 의해 상기 방사선원과 영상 디바이스를 모두 이동시킬 수 있는 머니퓰레이터 및 d) 관심 대상 영역에 대한 부분적인 단층촬영 영상 또는 3차원 영상을 생성하기 위한 노출 프로파일 프로그램을 포함하는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템을 제공하되, 상기 프로파일은 노출이 적어도 부분적으로 이루어지는 동안 회전축이 궤도를 따라 이동할 수 있는 특징이 있다.
도 1a는 종래 기술에 따른 표준적이거나 통상적인 파노라마 방사선(x선) 영상 시스템의 개략도이다.
도 1b는 종래 기술에 따른 표준적인 파노라마 노출 프로파일에 대응하는 표준적인 파노라마 프로그램의 개략도로서, 방사선원과 영상 디바이스가 이동함에 따른 경로를 나타낸 개략도이다.
도 2a는 종래 기술에 따른 머리부 촬영(cephalo; 세팔로) 팔 장치를 포함하는 표준적이거나 통상적인 파노라마 방사선 영상 시스템의 개략도이다.
도 2b는 종래 기술에 따른 표준적인 머리부 촬영 노출 프로파일에 대응하는 표준적인 머리부 촬영 프로그램의 개략도로서, 방사선원과 영상 디바이스가 이동함에 따른 경로를 나타내는 개략도이다.
도 3a는 종래 기술에 따른 제 2 또는 개별적인 평판 패널 센서를 포함하는 표준적이거나 통상적인 치과용 단층촬영(CT) 방사선 영상 시스템 또는 파노라마 방사선 영상 시스템의 개략도이다.
도 3b는 종래 기술에 따른 표준적인 횡축 노출 프로파일에 대응하는 치과용 구강외 영상 시스템의 표준적인 평판 패널 프로그램의 개략도로서, 방사선원과 평판 패널 영상 디바이스가 이동함에 따른 선형 경로를 나타내는 개략도이다.
도 3c는 종래 기술의 표준적인 횡축 노출 프로파일에 대응하는 치과용 구강외 영상 시스템의 표준적인 평판 패널 프로그램의 개략도로서, 종래 기술에 따른 방사선원과 평판 패널 영상 디바이스가 이동함에 따른 선형 경로를 나타내는 개략도이다.
도 4는 종래 기술에 따른 표준적인 치과용 단층촬영 노출 프로파일에 대응하는 표준적인 치과용 평판 패널 단층촬영 프로그램의 개략도로서, 방사선원과 평판 패널 영상 디바이스가 이동함에 따른 경로를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 각도 α와 β의 관계를 나타내는 개략도이다.
도 6a는 본 발명에 따른 횡축 슬라이스 영상을 생성하기 위한 관심 대상의 체적에 대한 횡축 노출 프로파일에 대응하는 횡축 프로그램의 개략도이다.
도 6b는 본 발명에 따른 치과용 구강외 방사선 영상 시스템의 영상 디바이스에 의해 생성된 프레임으로부터 횡축 영상을 복원하기 위한 프로세서에 이용된 알고리즘을 나타내는 플로우차트이다.
도 7은 본 발명에 따른 사람 머리부의 적어도 일부에 대한 선형 투사 영상을 생성하기 위한 선형 노출 프로파일에 대응하는 선형 투사 프로그램의 개략도이다.
도 8a는 본 발명에 따른 치과용 구강외 방사선 영상 시스템의 영상 디바이스에 의해 생성된 프레임으로부터 머리부 촬영 투사 영상을 복원하기 위한 프로세서에 이용된 알고리즘을 나타내는 플로우차트이다.
도 8b는 머리부 촬영 영상 또는 선형 투사 영상을 얻기 위한 본 발명에 따른 데이터 수집 구조를 나타내는 도면이다.
도 8c는 본 발명에 따른 머리부 촬영 영상 또는 선형 투사 영상을 얻기 위한 레이어 및 가산기의 재설계를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9a는 종래 기술에 따른 고정된 회전축을 이용하는 복원가능한 영역의 일예를 나타내는 도면이다.
도 9b는 본 발명에 따른 나선형 경로를 통해 고정되지 않은 회전축을 이용하는 복원가능한 영역의 일예를 나타내는 도면이다.
도 10a는 본 발명에 따른 복원가능한 영역의 사이즈에 대한 일예를 나타내는 도면이다.
도 10b는 종래 기술에 따른 복원가능한 영역의 사이즈에 대한 일예를 나타내는 도면이다.
도 11a 및 11b는 본 발명에 따른 관심 대상 영역을 복원하기 위해 이용된 일예의 알고리즘을 나타내는 플로우차트이다.
도 12a, 12b, 12c 및 12d는 본 발명에 따른 시스템을 통해 관심 대상 영역의 부분적인 3차원 영상 또는 부분적인 단층촬영 영상을 구현하기 위해 노출 프로파일에서 회전축이 이동할 수 있음에 따르는 선택적인 궤도를 나타내는 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하기 이전에, 종래 기술이 재검토될 것이다.
종래 기술의 표준적인 파노라마 방사선 영상 시스템이 도 1a에 도시되어 있다. 기둥부(1)는 일단에 방사선 튜브(2)를 갖고 타단에 CCD, 즉 라인 출력 CCD 센서(3)를 갖고서 파이(π) 형상으로 이루어진 조립체를 지지한다. 상기 방사선 튜브(2)와 CCD 센서(3)로 이루어진 조립체의 이동은 상기 기둥부(1)의 내부에 있는 머니퓰레이터(manipulator)가 제어한다. 통상적으로 상기 머니퓰레이터는 하나 이상의 모터를 포함한다. 통상적으로, 상기 머니퓰레이터는 하나 또는 두 개의 모터를 구비하며, 예외적으로 세 개의 모터를 구비하기도 한다. 제어패널(5)은 파노라마 프로파일을 선택할 뿐만 아니라 필요한 방사선 노출값(kV, mA)을 입력하기 위해 이용된다. 영상은 디지털 접속을 통해 퍼스널 컴퓨터(4)에 출력된다.
종래 기술의 표준적인 파노라마식 영상 프로파일에 대한 구성은 도 1b에 도시되어 있다. 방사선원(401) 및 통상적으로 CCD 센서인 영상 디바이스(402)는 디폴트 초점 레이어(trough; 골부)(405)의 영상을 생성하기 위해 회전하면서 이동하는데, 이러한 이동은 규정된 궤도(403)를 따라서 행하여 진다. 이러한 궤도(403)의 목적은 이상적인 평면 영상 또는 디폴트 초점 레이어(405)를 형성하기 위한 것이다. 깊이 분해능은 평면 영상에 따라 변화되는데, 노출면의 시작 및 끝니(어금니)에서는 30밀리미터(㎜)의 순서로 이루어지지만, 중앙부(404, 앞니)에서는 3밀리미터(㎜)의 순서로 이루어지는 것이 가장 바람직하다.
도 2a는 공지된 머리부 촬영 영상뿐만 아니라 파노라마 영상을 겸비하는 종래 기술의 치과용 구강외 방사선 영상 시스템의 개략도를 나타낸다. 이러한 종래 기술에 따른 영상 시스템의 구성은 방사선원(12), 영상 센서 디바이스(13), "머리부 촬영(세팔로) 팔(16)"을 구비하는 기계적인 머니퓰레이터(11), 사용자 컨트롤러(15) 및 프로세서인 컴퓨터(14)를 포함하여, 영상을 처리하고 디스플레이한다. 상기 영상 센서 디바이스(13)는 머리부 촬영 위치(도 2a)와 파노라마 촬영 위치(도 1a) 사이에서 동작할 수 있으며, 공통적으로 "스냅식(snap-on) 센서"와 관련된다.
종래 기술에서 표준적인 디지털식 스캐닝 머리부 촬영 시스템은 도 2b에 도시된 바와 같이 노출 프로파일과 함께 작동된다. 방사선원(12)이 소정의 프로파일(18) 경로를 따라 이동 및 회전함과 동시에, 영상 디바이스(13)가 프로파일(7) 경로를 따라 이동하면서 환자(19)를 영상화하여, 평면(8)의 전역에 걸쳐 전체 머리부의 실질상 선형 투사 영상을 형성한다. 방사선원의 초점으로부터 영상 디바이스 까지의 거리(191)는 기하학적인 영상 뒤틀림을 줄이기 위해, 대부분의 경우에 1.5m 이상보다 넓으며, 통상적으로는 1.5m ~ 2.5m 사이의 거리이다. 또한, 상기 영상 센서 디바이스는 외부로 연장하는 머리부 촬영 팔(16)을 이격되게 위치시켜서 많은 공간을 차지하게 한다. 상기 1.5m 이상의 거리는 방사선이 평행하거나 거의 평행에 가깝게 하기 위해 필요한데, 상기 거리는 영상화되는 물체의 많은 부분이 각각 다르게 확대됨에 따른 기하학적인 영상 뒤틀림을 회피하거나 줄인다.
또한, 종래 기술로서 장방형 평판 패널인 제 1 센서 또는 장방형 평판 패널인 제 2 센서를 갖는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템도 있다. 이러한 2중 센서 시스템은 도 3a에 도시되어 있으며, 횡축 슬라이스 및/또는 치과용 단층촬영 영상을 생성하기 위해 의도된다. 기둥부(21)는 방사선 튜브(22)와 CCD 파노라마 센서(23)로 구성된 파이(π) 형상으로 이루어진 조립체를 지지한다. 상기 CCD 파노라마 센서(23)는 장방형 평판 패널 센서(26)로 대체될 수도 있다. 상기 기둥부(21) 내부에 있는 머니퓰레이터는 통상적으로 하나, 두 개, 또는 세 개의 모터를 구비하여, 상기 조립체를 회전시킬 뿐만 아니라 x축, y축으로 위치를 이동시킨다. 통상적으로, 디지털식 컨트롤러(25)는 각종 프로파일, 즉 이동 경로를 선택할 뿐만 아니라 전압값(kV), 전류값(mA) 범위를 설정하거나 선택한다. 프로세서인 컴퓨터(24)는 영상을 처리하거나 디스플레이시키기 위해 제공된다.
도 3b는 종래 기술에 따른 평판 패널, 즉 실질상 선형 이동을 활용하는 치과용 구강외 영상 시스템을 사용하여, 횡축 슬라이스를 생성하기 위한 종래의 프로파일을 도시하고 있다. 상기 도 3b는 xy 평면, 즉 수평면으로 기하학적인 구조를 나타내고 있다. 이동이 z-방향(도 3b에서 xy 평면에 수직한 면)으로도 성분을 가질 수 있지만, 기본적인 사상은 상술한 바와 동일하다. 이 경우, 영상화되어야 할 포인트(102)에 대한 시야각 β 범위는 센서의 개구 각(α)과 동일하다(즉, α=β, 또는 β/α = 1). 상기 도 3b는 방사선원(101), 제 1 위치의 영상 디바이스(103), 영상화되어야 할 포인트(102), 선형으로 보여질 수 있는 제 2 위치의 영상 디바이스(104)와 상기 방사선원 모두의 이동 궤도를 도시하고 있다. 실선은 이동 후의 기하학적인 구조를 나타내고 있고, 점선은 이동 전의 기하학적인 구조를 나타내고 있다. 통상적인 장방형 평판 패널의 대형 사이즈로 인해, 시야각 β는 상기에서 주어진 관계를 만족시킨다. 통상적인 평판 패널의 사이즈는 10㎝×10㎝ 또는 20㎝×20㎝일 수 있다. 20㎝×20㎝의 평판 패널로 구성되고 상기 평판 패널에 대한 초점의 거리가 통상적으로 50㎝인 경우, β/α = 1이고 β=α=2×tan-1(10/50)=22.6°인 것을 의미한다. 이 시야각은 두께 0.5mm - 3mm로 구성된 횡축 또는 각이 있는 슬라이스를 생성할 만큼 충분한데, 이 두께는 횡축 슬라이스에 대한 깊이 방향에서 매우 우수한 분해능으로 간주된다. 따라서 평판 패널을 활용하는 선형 이동을 갖는 프로파일의 경우에 항상 β/α = 1이고, 평판 패널의 크기가 크므로 시야각(β)은 박막인 횡축 슬라이스를 생성하기에 충분할 만큼 크다. 그러나, 해결되어야 할 문제점, 즉 a) 평판 패널이 매우 고가이고, b) 평판 패널이 우수한 횡축 슬라이스 영상을 만들 수 있을지라도, 불행하게도 불충분한 분해능으로 구성된 파노라마식 영상을 생성한다는 문제점이 존재한다. 이러한 문제점은 영상 시스템이 왜 횡축 슬라이스 프로파일과 파노라마식 프로파일 모두를 제공해야 하며, 치과용 구강외 영상 시스템의 복합성과 비용을 추가하는 2개의 센서를 가져야 하는지에 대한 이유이다.
도 3c는 길이(m)와 폭(n)을 갖는 평판 패널 검출기를 이용하는 종래 기술에 공지된 바와 같은 표준적인 횡축 슬라이스 노출 프로파일을 도시하고 있다. 이러한 평판 패널은 길이(m)/폭(n)이 실질상 1과 동일한 관계를 갖는다(즉, m/n=1). 일반적으로 평판 패널은 β/α = 1인 경우에 선형 스캔을 수행한다. 평판 패널의 사이즈가 10㎝×10㎝ 또는 5㎝×5㎝ 만큼 작을 수 있는 경우가 있다. 이 경우, 시야각보다 더 넓은 각도를 허용하는 일련의 선형 스캔이 있다. 이런 경우가 도 3c에 도시되어 있다. 도 3c에 도시된 바와 같은 종래 기술에 따르면, 방사선원(501)과 영상 디바이스(502)는 관심 대상 영역(504) 주위에서 실질상 선형 이동을 수행한다. 프로파일인 궤도(503)는 디폴트 초점 레이어(505)의 전역에 걸쳐져 있는 횡축 슬라이스인 평면 이미지(506)를 형성하기에 충분하다.
어떤 경우, 5㎝×5㎝의 치수를 갖는 최소한의 패널이라 하더라도, 각도(α)=2×tan-1(2.5/50)=5.7°이다. 두께 0.5mm - 3mm의 횡축 슬라이스를 갖기 위해 시야각(β)은 10°이상이 될 수 있다. 이는 β/α = 10/5.7 = 1.8이라는 것을 의미한다. 그러므로 상술한 모든 공지된 종래 기술의 경우에서, 횡축 슬라이스 영상은 m/n ≒ 1을 갖는 실질상 장방형 평판 패널을 가지고서 β/α≤1.8의 파라미터와 동일한 이동 프로파일을 갖게 수행되는데, 이는 적절한 두께의 분해능을 갖는 종래 기술의 횡축 슬라이스에서 획득된다. 위와 동일한 설정의 셋업이 3차원 영상의 체적 측정을 수행하기 위해 이용될 수 있다. 그러나, 파노라마 영상을 구현하기 위한 CCD 라인 출력 센서인 제 1 센서, 그리고 β/α≤2.6의 관계를 만족시키는 하나 이상의 선형 스캔을 행하기 위해 대략 1과 동일한 m/n을 갖는 평판 패널인 제 2 센서를 사용해야 하는 문제점이 여전히 존재한다.
표준적인 치과용 구강외 체적 측정을 위한 방사선 영상 시스템의 기하학적인 구조 및 이동에 대한 개략적인 설명이 도 4에 도시되어 있다. 상기 도 4에서의 목적은 3차원 체적을 생성하기 위한 것이다. m≒n인 평판 패널 영상 디바이스(302)와 방사선원(301)은 주어진 (원형)경로(303)를 따라 회전함과 동시에, 관심 대상 영역(304)에 대한 다수의 이미지가 투사부(305)로부터 캡쳐된다. 이후, 상기 다수의 이미지는 관심 대상 영역을 포함하는 통상적인 수평의 단층촬영 슬라이스(306)를 복원하는데 이용된다. 상기 관심 대상 영역은 더 작은 체적 요소인 3차원 화소로 분할된다. 상기 3차원 화소의 사이즈는 영상 디바이스의 픽셀 사이즈와 관계없이 선택될 수 있다. 통상적으로 상기 3차원 화소는 등방성, 즉 폭과 높이가 동일한 장방형이지만, 이에 한정되지 않고 비등방성 치수를 가질 수 있다. 일반적으로 상기 궤도(303)는 적어도 180°의 시야각을 갖고서 원형 회전한다. 또한, 관심 대상 영역의 모든 포인트는 방사선에 노출되는 동안 얻어진 모든 영상에서 보여질 수 있다. 이는 관심 대상 영역의 사이즈가 상기 영상 디바이스의 사이즈에 의해 한정된다는 것을 의미한다.
상기 시야각(β)이 적어도 180°를 만족하는 조건이라면, "완벽"한 최적의 체적을 갖는 복원력이 달성될 수 있다.
미국 특허출원 제11/277,530호는 프레임 출력 센서가 m/n＞1.5가 되게 이용되는 방사선 영상 시스템을 개시하고 있다. 상기 프레임 출력 센서는 파노라마 센서이고, 치과용 구강외 방사선 영상 시스템에서 m/n＞1.5를 갖는 상기와 같은 센서를 사용하여 파노라마식 레이어를 생성하기에 적합한 프로파일을 따라 단일 노출을 갖도록 하는 발명을 교시하고 있는데, 상기 발명은 a) 횡축 슬라이스 또는 b) 3차원 체적 영상 중 어느 하나의 파노라마식 레이어를 추가적으로 획득할 수 있다. 따라서, 미국 특허출원 제11/277,530호는 단일 센서와 단일 프로파일 또는 단일 노출면을 갖는 단일의 구강외 시스템을 교시하고 있다. 그러나, 파노라마 프로파일은 실제로 방사선이 횡축 슬라이스 방향과 거의 평행하게 되도록 되어 있으며, 상기와 같은 파노라마식 프로파일은 횡축 슬라이스를 생성하기가 극히 어렵거나 불가능하고 3차원 체적을 만들기는 더욱 더 어렵다.
따라서, 해결해야될 문제점은 a) 양질의 파노라마 영상, b) 양질의 각이 있는 횡축 슬라이스 영상, c) 추가적인 "머리부 촬영(세팔로)" 팔을 사용하지 않는 양질의 머리부 촬영 영상, d) 양질의 국부적인 3차원 체적 영상 중 적어도 2개의 이미지를 생성할 수 있는 단일 센서를 갖는 저가의 치과용 구강외 영상 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 발명자들은 제 2 프로파일이 β/α의 적절한 관계에 의해 정의된 프로파일 경로를 따라 m/n≥1.5 프레임 모드 센서를 이동 및 회전시키는 것을 구현한다면, 프레임 출력 모드를 갖는 저가의 선형 센서가 우수한 고화질의 횡축 슬라이스를 생성하기 위해 이용될 수 있다는 것을 발견하였다.
본 발명의 일측면에 따른 특징이 도 5에 도시되어 있다. 센서(203)는 바람직하게 장축(m)과 단축(n)을 갖는 CdTe-CMOS 또는 CdZnTe-CMOS 선형 센서인 것이 바람직하며, 통상적으로 상기 장축(m) = 150mm이고 단축(n) = 6mm, 즉 m/n = 25mm이다. 상기 CdTe 물질과는 상이한 다른 타입의 선형 센서가 이용될 수 있다. 상기 센서는 통상적으로 50fps-500fps를 제공하는 프레임 출력 모드로 작동한다. 방사선원의 초점(201)은 통상적으로 상기 센서로부터 300mm ~ 600mm 떨어져 있다. 따라서, 이러한 구성에서 각도(α)는 종점 0.5° 및 1.1°을 포함하는 0.5°~ 1.1°의 범위에 있다. 파노라마 레이어에 대한 각도에서 우수한 횡축 슬라이스, 또는 관심 대상 영역의 국부적인 3차원 체적 이미지를 획득하기 위해서는, 10°의 종점을 포함하는 10°~ 15°의 범위 내에 시야각을 가질 수 있다. 따라서, β/α의 비는 적어도 15/1.1=13.6이므로, 바람직한 시야각 범위는 β=15°이다.
상기와 같은 β/α의 비로 정의된 프로파일을 사용하여, 구강외 영상 시스템은 단일 선형이면서 저가의 센서로 작동할 수 있고 5mm이하, 바람직하게는 3mm 이하, 더 바람직하게는 2mm 이하의 레이어 두께를 갖는 파노라마와 횡축 이미지 모두 또는 우수한 분해능을 갖는 각이 있는 슬라이스를 얻을 수 있다. 여기서, 상기 용어 "레이어 두께"는 초점으로 되어야 할 물리적인 영역임을 의미한다. 즉, 상기 "레이어 두께" 내부에 포함된 물체는 충분한 선명도 또는 투명도를 갖고서 영상화되는 한편, 상기 "레이어 두께" 내부에 포함되지 않은 외부의 물체는 흐릿하게 될 것이다. 확실하게, 상기 레이어 두께는 예를 들어 0.1의 변조 전달함수(MTF)를 갖게 선명하거나 흐리게 측정을 하여 선명하거나 초점이 맞게 영상을 표시할 것이다. 관심 대상 영역(205)은 하나 이상의 레이어를 포함할 수 있다.
다른 제 2 실시예에서, CdTe-CMOS 센서(203)는 장축(m) = 150mm이고 단축(n) = 25mm, 즉 m/n = 6mm를 갖는다. 이 경우, 초점(201)과 센서(203) 사이의 거리가 다시 30mm ~ 600mm 범위에 있다면, 각도(α)는 종점 2.3°와 4.7°를 포함하는 2.3°~ 4.7°의 범위에 있다. 시야각(β)이 적어도 10°이면, 시야각(β)/각도(α)는 적어도 15/4.7=3.2°이다.
제 3 실시예에서, 센서의 길이(m)는 50mm ~ 100mm이고, 폭(n)은 25mm, 즉 길이(m)/폭(n) = 1.5 이상일 수 있다. 이 경우, 각도(α)는 다시 종점 2.3°와 4.7°를 포함하는 2.3°~ 4.7°의 범위에 있다. 이는 시야각(β)/각도(α) 〉3.2°의 관계가 파노라마 슬라이스에 대하여 각이 있는 고화질의 파노라마와 횡축 영상 또는 관심 대상 영역의 국부적인 3차원 체적 영상에 적합한 프로파일을 한정한다는 것을 의미한다. 본 발명에 따라 시야각(β)/각도(α) 〉2.1°인 경우에 시야각(β) = 10°이상의 각이 있는 슬라이스 두께 또는 만족스러운 횡축 슬라이스를 획득할 수 있다.
상술한 각이 있는 슬라이스 프로파일 또는 횡축 노출 프로파일 또는 국부적인 3차원 체적 영상 노출 프로파일은 파노라마 레이어 내에 있는 적어도 하나의 관심 대상 영역에서 이용될 수 있지만, 관심 대상 영역 내의 치아들인 어금니와 앞니 영역과 같이 관심 대상의 각 해부학적 영역에도 이용될 수 있다. 본 발명에 따르는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템은 표준적인 파노라마 레이어에 관한 각이 있는 슬라이스 또는 횡축 노출 프로파일을 제공한다.
적어도 시야각(β)/각도(α) 〉2.1°의 관계를 달성하기 위해, 발명자들은 센서의 개구 각(α)의 한계를 넘어서 시야각(β)을 확장시키기 위해 회전하는 구성을 추가하였다. 이에 대한 사항은 도 5에 도시되어 있으며, 상기 도 5는 실직적인 회전이 시야각(β)을 증대시키기 위해 어떻게 이용되는지를 나타낸다. 상기 도 5에서, 방사선 초점(201)과 영상 디바이스(203)는 미리 결정된 궤도(204)를 따라 회전 및 이동하면서 관심 대상 영역(205)의 포인트(202)를 영상화한다. 시야각(β)의 범위가 개구 각(α)의 각도보다 더 크므로, 개구 각(α)은 m/n 〉1.5인 선형 센서에 대하여 도 5에 도시된 바와 같이 실제로 아주 작다. 이 경우, 영상 처리의 목적은 화살표(206)의 치수를 따라 평면 이미지를 형성하는 것이다. 종래 기술의 영상 시스템은 선형 출력을 갖는 제 2 선형 센서 뿐만 아니라 실질적으로 장방형인 평판 패널 센서를 필요로 하는 문제점이 있지만, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하고자 m/n 〉1.5를 갖고 프레임 출력 모드에서 작동하는 단일 센서를 구비가능한 구강외 시스템을 제공하는데, 상기 구강외 시스템은 적어도 2개의 프로파일, 즉 파노라마 레이어/이미지를 위한 제 1 프로파일과 횡축 또는 각이 있는 슬라이스를 처리하기 위한 제 2 프로파일을 갖도록 추가로 프로그래밍 된다. 여기서, 상기 제 2 프로파일은 시야각(β)/각도(α) 〉2.1°로 정의된다. 따라서, 본 발명에 따른 치과용 구강외 방사선 영상 시스템은 여러 가지 기능을 가지면서도 경제적이다.
증대된 시야각 범위, 즉 시야각(β)/각도(α) 〉2.1°를 사용하여 깊이 분해능이 향상된다. 즉, 소형의 물체가 깊이 방향으로 더 자세히 분석될 수 있다. 시야각(β) 범위가 더 커지면, 깊이 분해능이 더 향상된다.
본 발명에 개시된 구강외 시스템은 국부적인 3차원 체적 영상을 구현하는데에 적합하다. 각이 있는 슬라이스 영상 및/또는 국부적인 3차원 영상을 구현하기 위한 하나의 알고리즘이 도 6a 및 도 6b를 참조하여 이하에 제공된다.
실질적인 회전각(β)에 대한 하나의 단점은 방사선의 방향이 평면 영상(각이 있는 슬라이스)의 방향과 거의 평행하게 근접한다는 것인데, 이는 평면 영상을 위해 설계된 표준적인 알고리즘을 이용하면 영상에 기하학적인 뒤틀림을 유발하게 하는 근거가 된다. 이러한 종래 기술에 따른 알고리즘은 파노라마 레이어의 복원에 동일하게 사용되며, 라미노그래피(Laminography; 단층촬영) 또는 토모신세시스(Tomosynthesis; 3차원 영상촬영)에도 관련될 수 있다. 본 발명은 치과용 구강외 영상 시스템과, 파노라마 레이어에 대한 횡축 또는 각이 있는 슬라이스를 어떻게 최적으로 획득하는지에 대한 알고리즘을 제공한다.
본 발명은 평면과 체적 영상을 겸비한 치과용 구강외 영상 시스템 및 알고리즘을 제공하여, 고가의 센서를 필요로 하는 전체 체적 영상을 산출할 필요 없이 z축 방향을 따라 우수한 깊이 분해능을 갖는 평면 이미지를 형성한다. 부가적으로 국부적인 3차원 체적 영상은 명확한 평면 레이어로부터 형성될 수 있다. 도 6a는 본 발명에 따른 방사선원(601)과, 궤도(603, 606)를 따라 이동하는 영상 디바이스(602)를 도시하고 있다. 참조번호 605는 디폴트 파노라마 레이어이다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 각이 있는 슬라이스(610)는 관심 대상 영역(604) 내의 파노라마 레이어와 직각이다. 대부분의 경우, 상기 각이 있는 슬라이스는 파노라마 레이어와 대략 직각, 바람직하게는 90°±20°가 될 수 있다. 소정의 임플란트 수술에 있어서 슬라이스의 각도는 횡축 방향과는 다를 수 있다.
본 발명에 따라서, 횡축 또는 각이 있는 슬라이스(610)를 형성하기 위해 도 6b에 따르는 아래의 알고리즘이 적용된다.
< 정의 >
x : 3차원 화소값에 대한 벡터. 각각의 3차원 화소에 대해서는 벡터에 정확하게 하나의 값이 있다.
y : 투사 영상에 대한 벡터. 모든 투사 영상(프레임) 내의 각 픽셀은 정확하게 벡터 내에 하나의 요소를 갖는다.
W : 웨이트의 매트릭스. 이 매트릭스는 시스템의 기하학적인 구조를 부호화하여 투사 영상의 방정식이 y = Wx의 형식으로 표현될 수 있게 한다.
상기 알고리즘에서, 제 1 단계는 웨이트 매트릭스(W)를 형성하는 것이다(651). 상기 매트릭스는 모든 투사 영상 내의 모든 픽셀에 대하여 하나의 행(row)을 갖는다(따라서 행들의 총 개수는 하나의 수평 단층촬영 슬라이스 내의 검출기 픽셀들의 개수 × 투사 영상의 개수이다). 상기 매트릭스는 모든 3차원 화소값에 대하여 하나의 열(column)을 갖는다(즉, 3차원 화소값에 대한 벡터(x)의 3차원 화소의 개수 내의 행들의 개수). 상기 매트릭스 내의 각각의 요소는 대응하는 3차원 화소가 상기 투사 영상의 픽셀값에 얼마나 많은 도움이 되는지를 나타낸다. 이 제 1 단계는 통상적으로 디바이스의 눈금에 따라 실행되고 정상적인 노출시에는 산출되지 않는다.
제 2 단계는 3차원 화소값(x)에 대한 초기 추정값(xO)("추측")을 준비하는 것이다(652). 상기 초기 추정값은 예를 들어 토모신세시스(3차원 영상촬영)를 분류하는 SAA(Shift and Add) 알고리즘을 이용하여 산출될 수 있다. 상기 초기 추정값의 특성이 복원되는 영상의 특성에 실질적으로 영향을 미치지 않지만, 우수한 초기 추정값은 처리 시간을 훨씬 단축시킨다.
제 3 단계는 3차원 화소값(x)에 대한 현재값을 구하는 것이다(653). 이 제 3 단계는 편차 자승합과 같은 수학적인 에러 평균을 산출함으로써 행해진다.
제 4 단계는 에러가 충분히 작은지의 여부를 결정하는 것이다(654). 상기 에러가 충분히 작다면, 상기 제 1 내지 제 3 단계의 루프가 종료되고, 영상은 후술하는 제 6 단계에서 최종적으로 완성된다.
제 5 단계는 에러 평균이 감소되도록 3차원 화소값(x)에 대한 새로운 추정값을 산출하는 것이다(655). 이 제 5 단계는 예를 들어 공지된 경사 하강(gradient descent) 알고리즘을 통해 산출될 수 있다. 이 제 5 단계 이후의 알고리즘은 상기 제 3 단계를 계속한다.
제 6 단계는 최종 영상에서 하나의 행(row)으로서 디스플레이 되어야 할 3차원 화소값(x) 내에서 하나의 3차원 화소의 행을 선택하는 것이다(656). 통상적으로 상기 하나의 행은 디바이스의 기하학적인 구조에 따라 최고 화질의 영상을 갖는다. 추가로 상기 3차원 화소의 행들을 결합하면 국부적인 3차원 영상을 형성할 수 있다.
마지막 단계인 제 7 단계는 영상이 횡축 또는 각이 있는 슬라이스가 되도록, 상기 최종 영상의 하나의 행을 디스플레이하는 것이다(657).
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 외부의 긴 팔 없이 실질적으로 선형인 투사 영상인 머리부를 촬영할 수 있는 치과용 구강외 영상 시스템이 제공되어 있다. 상기 치과용 구강외 영상 시스템은 종래 기술을 능가하는 고유한 장점을 제공하는데, 이 장점은 고가의 외부 팔 없이 머리부 촬영 투사 영상뿐만 아니라 파노라마 영상을 구현하기 위해 단일 센서를 활용한다는 점이다.
종래 기술의 머리부 촬영 영상 시스템의 개략적인 설명은 도 2a에 제공되어 있다. 이러한 종래 기술의 머리부 촬영 영상 시스템의 구성은 방사선원(12), 영상 디바이스(13), "머리부 촬영(세팔로) 팔(16)"을 구비하는 기계적인 머니퓰레이터(11), 사용자 컨트롤러(15) 및 프로세서인 컴퓨터(14)를 포함하여, 영상을 처리하고 디스플레이한다. 도 2b는 상기에서 이미 설명한 바와 같이 도 2a에 도시된 종래의 머리부 촬영 시스템의 통상적인 프로파일 이동을 도시하고 있다.
본 발명에 따른 여러 가지 목적의 치과용 구강외 방사선 영상 시스템에 대한 머리부 촬영 프로파일 이동 또는 머리부 촬영 기능은 도 7에 도시된 바와 같이 작동한다.
사람 머리부에 대한 선형 투사부인 머리부 촬영 투사 영상은 파노라마 노출 프로파일의 실행시와 동일한 위치에서 방사선원에 대하여 위치된 단일 센서를 사용하여 실질적으로 선형 노출 프로파일인 하나 이상의 선형에 의해 획득된다. 방사선원(912)과 영상 디바이스(913)의 초점 간의 거리(923)는 고정된 동일 센서 및 고정된 기하학적인 구조를 가질 수 있도록 1.5m 이하, 바람직하게는 70㎝ 이하의 거리이어서 파노라마식 영상도 구현할 수 있게 한다. 그러므로, 다루기가 복잡한 "머리부 촬영(세팔로)" 팔이 제거되어 단순하고 간편하면서도 다기능을 갖는 구강외 영상 시스템이 획득된다. 방사선원(912)은 궤도(917, 918, 919)를 따라 프로파일 프로그램을 실행하고, 관심 대상 영역(920)에 대한 이방성 체적 이미지를 형성하기 위해 CdTe-CMOS 방사선과 프레임 출력 센서(913)가 궤도(914, 915, 916)를 따라 이동되게 한다. 상술한 바와 같이, 방사선원으로부터 영상 디바이스 까지의 거리는 표준적인 경우에 비해 짧다. 센서인 영상 디바이스(913)와 상기 영상 디바이스에 대한 머리의 가장 가까운 면 사이의 거리(926)는 각각의 노출 선형 프로파일을 적절하게 실행할 수 있을 만큼 이상적으로 최소화되거나 줄어든다. 이 경우, 머리의 일측면은 최소의 흐릿함이나 뒤틀림을 갖게 투사되는 한편, 타측면은 균형이 안 맞아서, 추가로 처리되는 영상으로부터 정정되거나 무시될 수 있다. 상기 거리(926)는 20㎝ 이하, 바람직하게는 10㎝ 이하, 더 이상적으로는 5㎝ 이하일 수 있다. 본 발명에 따라 방사선원과 영상 디바이스의 초점 사이의 거리(923)는 종래 기술의 거리에 비해 짧다. 상기 거리(923)는 바람직하게는 1.5m 이하이고, 더 바람직하게는 30㎝ ~ 70㎝의 범위에 있는데, 이는 파노라마 영상에 이용된 범위이다.
그러므로, 본 발명은 하나의 기계적인 배치를 통해 파노라마 영상과 머리부 촬영 영상을 모두 완성한다. 이는 많은 설비 공간을 줄이면서 복수개 또는 불필요한 센서의 필요성을 경감하게 한다.
관심 대상 영역(920)의 체적 측정 영상 내에 있는 3차원 화소는 영상의 치수(922)에서는 작은 사이즈를 갖지만, 수평축의 치수(921)에서는 큰 사이즈를 갖는다.
방사선원과 영상 디바이스의 궤도는 세 부분, 즉 제 1 노출면(914, 917), 방사선원(912)과 센서(913)의 위치 변경시의 비방사성 이동(915, 918) 및 제 2 노출면(916, 919)으로 분류된다. 상기 제 1 및 제 2 노출면이 노출시 머리부의 좌측 및 우측이 영상화된다. 상기 머리부가 방사선에 노출되는 동안에 제 1 및 제 2 노출 부분의 프로파일은 도 7에 도시된 바와 같이 선형이거나 또는 실질상 선형에 가깝다. 실질적으로 선형 섹션부는 아치형 만곡에 대하여 구부려진 거리(924 및 925)가 20㎝ 이하, 바람직하게는 10㎝ 이하, 더 바람직하게는 1㎝이하라는 것을 의미한다. 선형의 "섹션부"는 궤도의 일부가 5㎝ 이상으로 긴 길이이므로 디스플레이되어야 할 영상을 복원하는데 사용되는 데이터를 생성할 만큼 충분히 길다는 것을 의미한다. 여기에서 동일한 효과를 갖는 다른 투사 프로파일이 사용될 수 있음은 자명하다. 예컨대, 공통적인 포인트를 가지면서 실질상 2개의 선형 섹션부를 갖는 "L"형 투사 프로파일을 일예로 들 수 있다. 대안적인 방법으로서는, 실질적으로 하나의 선형 투사 영상과 투사부 또는 사람 머리부의 절반 만을 사용할 수 있다.
노출 후, 체적 복원 알고리즘은 영상 방향(922)을 따라 수직 슬라이스들을 산출하는데 이용된다. 이후, 상기 수직 슬라이스들은 다른 수직 슬라이스들의 여러 가지의 확대요인들을 제거하기 위해 변형된다. 최종적으로, 상기 수직 슬라이스들은 하나의 2차원적인 머리부 촬영 영상을 생성하기 위해 함께 합쳐진다. 어떤 특정한 복원 알고리즘에 한정되는 것은 아니지만, 복원을 위한 하나의 알고리즘이 도 8a, 8b 및 8c에 나타나 있다.
상기 알고리즘에서, 제 1 단계는 데이터 수집이다(821). 상기 제 1 단계의 데이터 수집 단계에서, 다중 프레임과 대응하는 방사선원 및 영상 디바이스의 위치가 기록된다. 데이터 수집을 위한 구조가 도 8b에 도시되어 있다. 방사선원(801)은 물체 내의 각각 다른 레이어(803)를 모두 방사한다. 방사선 영상 디바이스(802)는 방사선원으로부터의 방사선을 모아서 영상을 형성한다. 상기 각각 다른 레이어(803)는 빔(804)의 형상 때문에 상이한 확대계수를 갖는다. 상기 상이한 확대계수는 쌍촉화살표(805)와 같이 시각화된다. 상기 방사선원에 인접한 화살표는 더 짧은 반면 상기 영상 디바이스에 인접한 화살표는 더 길다. 상기 영상 디바이스(802)에 의해 저장된 영상은 모든 레이어의 합 또는 중첩으로 구성된다.
다음의 제 2 단계는 각각의 레이어에 대한 콘텐츠를 복원하고, 각각의 레이어 그리고 모든 레이어에 대한 개별적인 영상을 형성하는 것이다. 예를 들어 영상은 횡단하는 영상에 대하여 상술한 알고리즘을 이용함으로써 복원될 수 있다. 여기서 레이어는 영상 디바이스에 평행한 3차원 화소의 평면에 속한다.
이후의 제 3 단계는 각각의 개별적인 레이어 영상에 대한 확대계수를 산출하거나 레이어 영상을 구성하는 것이다(823).
다음의 제 4 단계는 도 8c의 개별적인 레이어 영상(831)이 쌍삼차 보간법(bicubic interpolation)과 같은 재설계 알고리즘(835)에 의해 재설계되어, 각각의 개별적인 레이어 영상을 재설계한 후의 확대계수가 동일하게 되도록 하는 것이다(824). 이후에 각각 다른 사이즈를 갖지만 확대계수는 동일한 다중 영상이 존재하게 된다.
마지막 제 5 단계는 도 8c에 도시되어 있으며, 원래의 영상 데이터와는 반대이지만 각각 다른 모든 레이어들의 중첩 이미지인 최종 영상(834)을 형성하기 위해 재설계된 개별적인 레이어 영상(832)을 가산기(833)를 이용하여 모두 축적함으로써, 서로 다른 레이어들이 동일한 확대계수를 갖게 하는 것이다. 따라서 최종 영상은 평행 빔 방사선원을 사용하여 획득된 영상과 실질상 동일하거나, 영상 디바이스 거리에 대하여 큰 방사선원과 영상 디바이스 거리에 대하여 작은 관심 대상 물체를 갖는 정상적인 콘 빔(cone beam) 방사선원을 사용하여 획득된 영상과 동일하다.
이하, 도 9b, 10a, 11a 및 11b를 참조하여 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예를 설명한다.
종래 기술의 치과용 단층촬영(CT) 또는 3차원 시스템은 도 9a에 도시된 바와 같은 원형의 이동 궤적을 갖는다. 방사선 발생기(방사선원)(160)와 영상 디바이스(검출기)(161)는 모두 변화가 없는 일정한 회전축을 갖고서 고정된 경로를 따라 이동한다. 상기 종래 기술의 치과용 시스템은 통상적으로 180°내지 360°, 즉 반원 내지 완전한 원형으로 회전한다. 어떤 경우에는 참고로 빔 투사(164)가 제공된다. 회전축(162)은 관심 대상 영역(163)의 중앙에 고정된다. 예를 들어 이러한 내용은 US6118842호에 설명된 종래 기술에 따른다.
상기와 같은 궤도는 수평면에 원형의 투사 영상을 갖는 원통형의 복원 원호(arc)를 생성한다. 이러한 원형의 지름은 확대계수(180°회전을 가정)에 의해 구획된 영상 디바이스의 폭과 동일하거나, 소위 하프 빔 기술(360°회전을 포함)이 이용되면 확대계수에 의해 구획된 영상 디바이스 폭의 2배와 동일하다. 예를 들어 5㎝ 폭의 검출기를 갖는 일반적인 시스템에서는 통상적인 확대계수를 2로 가정하면 복원된 원주에 대해서 많아야 2×5㎝/2 = 5㎝의 지름을 제공할 것이다.
종래 기술의 방법을 이용하여 완벽한 복원을 위해 필요한 조건은, 복원되어야 할 체적 내부의 모든 포인트가 모든 투사 영상에서 보여지게 하는 것 또는 복원되어야 할 체적 내부의 모든 포인트가 0°내지 180°범위의 전체 각도에서 보여지게 하는 것이다. 이는 소위 하프 빔 기술에서 이용된 바와 같이, 일부의 포인트가 일부의 투사 영상에서 보여지지 않게 한다. 이것은 도 10b에 도시되어 있다. 고정된 회전축(181)을 갖는 궤도는 많은 프레임들이 어떻게 모아지는지에 상관없이 검출기의 폭에 비례하는 복원가능한 영역(182)에 한정된다.
본 발명에 따라서 관심 대상 영역을 부분적인 단층촬영(CT) 영상이나 3차원으로 영상화하기 위한 작동 모드와 파노라마로 영상화하기 위한 작동 모드를 갖는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템이 제공되어 있다. 파노라마식 영상화 모드에 있을 때 상기 치과용 구강외 방사선 영상 시스템은 파노라마 궤도에서 작동할 것이고, 부분적인 단층촬영(CT) 영상이나 3차원 영상화 모드에 있을 때 상기 치과용 구강외 방사선 영상 시스템은 회전축이 종래의 시스템(예를 들면, US6118842호)에서와 같이 길게 고정되지 않지만 이동하는 특징이 있는 부분적인 단층촬영(CT) 모드에서 작동할 것이다. 바람직한 일예로서, 부분적인 단층촬영(CT) 또는 3차원 영상화 모드에 있을 때의 회전축은 나선형을 따라 이동한다. 회전축에 대한 나선형 궤도의 일예는 도 9b에 나타나 있다. 도 9b에서, 방사선 발생기(150)와 영상 디바이스(151)는 원형의 궤도를 따라 이동하지만, 회전축(152)은 일정한 경로를 따라 이동하는데, 이러한 일정한 경로가 나선형이다. 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한 회전축에 대한 다른 궤도가 있을 수 있다. 관심 대상 영역(153)과 표본 빔 투사영상(154)이 참고로 제공되어 있다.
도 10a는 복원가능한 영역(172)의 사이즈가 어떻게 회전축(171)을 이동함으로써 확장될 수 있는지를 나타내고 있다. 상기 도 10a에서 회전축(171)의 궤도는 나선형이지만, 다른 형태의 곡선 또는 경로가 이용될 수 있다. 본 발명에 따른 치과용 구강외 방사선 영상 시스템은 회전축이 이동함에 따라 관심 대상 영역에 대하여 부분적인 단층촬영(CT) 또는 3차원 영상을 구현하기 위한 모드를 가지는데, 이 모드는 소정의 경로를 횡단하기 위한 충분한 시간이 제공된다고 가정하면 복원가능한 영역에 대하여 무제한의 사이즈를 허용한다. 도 10a 및 도 10b는 동일한 스케일의 눈금과, x, y축이 있으며, 단위는 미터(m)이다.
이하, 도 11a 및 도 11b를 참조하여 예시적인 알고리즘을 제공하는데, 상기 알고리즘은 본 발명에 따르는 시스템에서 데이터가 어떻게 수집될 수 있고 단층촬영(CT) 또는 3차원 이미지가 어떻게 복원될 수 있는지를 예시하기 위해 이용될 수 있다.
도 11a는 본 발명에 따르는 데이터 수집에 대한 플로우차트를 나타낸다. 관심 대상 영역은 사용자에 의해 선택된다(S111). 이후, 치과용 구강외 방사선 영상 시스템은 초기 위치(회전축에 대한 경로의 시작점)로 이동된다(S112). 다음에, 방사선이 턴 온(S113)되고 노출면이 완성(S115)될 때까지 프레임이 캡쳐(S114)된다. 그 다음, 치과용 구강외 방사선 영상 시스템에 있는 머니퓰레이터는 캡쳐된 프레임들 사이에 회전축, 방사선원 및 영상 디바이스를 이동시킨다(S116). 실제로 이동시에는 방사선 유량이 지속적이지만 치과용 구강외 방사선 영상 시스템은 펄스 타입의 방사선원 및 불연속 이동을 이용할 수도 있다. 모든 프레임들이 캐쳐된 후, 방사선은 턴 오프(S117)되고, 데이터가 복원(S118)되며, 복원된 영상이 사용자에게 디스플레이 된다(S119).
도 11b는 복원 알고리즘의 개략적인 플로우차트를 나타내는데, 상기 복원 알고리즘은 CPU, GPU, FPGA 또는 적정한 용량의 메모리를 갖는 어떤 다른 프로그래밍 가능한 디바이스를 사용하여 구현될 수 있다. 먼저, 조정가능한 카운터가 맨 처음 프레임(프레임 #0)에 대한 포인트로 초기화된다(s121). 이후, 체적 데이터에 대한 현재의 추정값이 프레임 #i를 만들기 위해 산출된다(s122). 이 s122 단계는 모든 프레임들이 처리될 때까지 반복된다(s123). 상기 카운터는 현재의 프레임이 처리된 후에 다음의 프레임에 대한 포인트로 증가된다(s124).
이전의 모든 투사 영상(즉, 2차원 프레임들에 대한 3차원 체적 투사 영상)이 계산된 후, 실험 데이터와 수집 데이터 사이의 에러가 계산된다(s125). 이후, 상기 계산된 에러가 체적 요소로 배경 영사된다. 즉, 에러에 대한 각각의 체적 요소값이 계산된다(s126). 배경 영사 후, 체적 추정값은 각각의 체적 요소를 작은 에러 방향으로 이동시키게 하는 가장 간단한 업데이트 공식을 기초로 하여 업데이트된다. ART와 같은 더 정교한 업데이트 규칙, 통계적인 반전 또는 복소구배법이 이용될 수도 있다. 상기 업데이트는 일괄적으로 프레임을 처리할 수 있는 업데이트를 기초로 하여 프레임을 하나씩 만드는 방식을 통해 행하여질 수도 있다. 배경 영사 루프는 모든 프레임들이 처리될 때까지 진행된다(s129). 프레임 카운터는 반복적으로 다음 프레임에 위치된다(s130). 도 11b의 알고리즘은 체적 추정값이 채택될 때까지 반복된다.
상술한 발명에 대하여 명확하게 개선된 장점은 한정된 활성영역에 대한 디지털 센서가 치과용 구강외 영상 시스템의 일부 구성으로 활용되어 유용한 사이즈의 부분적인 단층촬영(CT) 영상 또는 3차원 영상을 복원시킬 수 있다는 것이다. 예를 들어, 25㎜(폭)×75㎜(높이)+6㎜×75㎜의 활성영역에 대한 센서 및 25㎜ 정도까지 축선에 대한 총 이동을 갖는 나선형 또는 나선형에 근접한 2회의 회전을 가지면, 도 10a에 보여지는 바와 같이 50㎜의 관심 대상 영역을 복원할 수 있다. 3회의 회전 및 대략 35㎜ 정도까지 축선에 대한 이동을 가지면 80㎜의 관심 대상 영역을 복원할 수 있다(도 10a의 설명은 2회의 회전에 대한 일예만을 나타내고 있음). 따라서, 종래의 치과용 단층촬영 시스템에서는 25㎜ 폭의 검출기가 25㎜/2(확대)=12.5㎜로 복원된 체적만을 생성하지만, 본 발명에 따른 치과용 구강외 방사선 영상 시스템에서, 복원된 체적은 대략 나선형 궤도에서 2회의 회전을 가지면 4배가 더 크고, 3회의 회전이 이용된다면 6배가 더 크다. 명확하게, 치과용 구강외 방사선 영상 시스템이 더 큰 나선형을 만들기 위해 더욱 더 많은 회전을 이용함에 따라, 복원된 체적은 한정된 영상을 확대시키고, 활성영역이 작은 검출기를 가지고서 관심 대상 영역의 전체, 예를 들어 정면과 후면의 전체를 복원할 수 있다. 추가적으로 본 발명의 유용성은 노출 프로파일 동안 회전축의 작은 이동에 대해서도 구체화될 수 있다는 것이 자명하다. 예를 들어 회전축에 대하여 1㎜ 이상의 이동도 유리하게 작용될 것이다. 본 발명은 고급의 치과용 구강외 방사선 영상 시스템이 적정한 가격에서 충분한 사이즈로 복원된 단층촬영 또는 3차원 체적을 뚜렷한 고화질의 영상으로 제공하는 부분적인 단층촬영(CT)/3차원 노출모드 및 파노라마식 노출모드를 갖는 단일 센서를 활용한다는 것이다. 상기와 같은 본 발명의 치과용 구강외 방사선 영상 시스템은 고화질의 단층촬영 영상과 3차원 영상을 필요로 하는 임플란트 전문의사와 외과의사 뿐만 아니라 고화질의 파노라마 이미지를 주의 깊게 관찰하는 치과 교정 전문의사에게 도움을 준다. 바람직하게, 본 발명에 사용되는 검출기는 CdTe-CMOS 검출기 또는 CdZnTe-CMOS 검출기인데, 상기 검출기는 방사선이 전자 신호로 직접 변환된다는 사실로 인하여 판독 속도, 감광도 및 선명한 영상의 형성에 대해 확실한 장점을 갖는다. CCD 또는 CMOS, 평판 패널 등에 결합된 신틸레이터와 같은 다른 검출기 기술이 이용될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 치과용 구강외 방사선 영상 시스템은 검출기의 중간부와 방사선원 초점을 연결하는 라인이 노출시 회전축의 궤도에 대하여 접선 또는 접선에 인접하거나, 상기 접선으로부터 궤도까지 ±45°의 범위 내인 특징이 있는 단층촬영 영상 또는 부분적인 단층촬영 노출 영상을 구현하도록 형성된다. 이에 대한 설명은 도 12a에 도시되어 있는데, 영상 디바이스(1901)의 중앙점을 방사선원(1902)의 초점에 연결하는 라인은 회전축이 이동함에 따라 궤도의 일부에서 접선이다. 그러나 상기 라인은 ±45°범위 내의 접선으로부터 편향될 수도 있다. 이러한 노출 프로파일은 회전축이 나선형을 따라서 이동함에 따라 복원되어야 할 영역의 사이즈를 확장시킨다. 방사선원과 검출기의 위치는 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 범위 내에서 교환될 수 있다.
바람직한 실시예들이 제공되고 상술한 도면들을 참조하여 설명되어 있지만, 본 발명의 범주는 부분적인 단층촬영 노출 또는 단층촬영 노출시 회전축이 이동하는 어떠한 상황도 포함한다. 회전축의 궤도는 도 12b, 12c 및 12d에 예시된 바와 같이 나선형에 근접하거나 기생적으로 변형된 나선형일 수도 있고, 하나의 큰 체적이 어떻게 복원되는지에 따라 원형의 일부이거나, 하나의 원형(도 12b 참조)이거나 복수개의 원형을 포함할 수 있으며, "S"자 형상으로 된 궤도(도 12d 참조)일 수 있고, "8"자 형상으로 된 궤도(도 12c 참조)일 수 있다.

Claims (23)

  1. a) 물체를 방사선에 노출시켜서 상기 물체가 노출시 영상화될 수 있도록 하는 방사선원;
    b) 상기 노출이 부분적으로 이루어지는 동안 다중 방사된 영상 프레임들을 생성하며,
    장축(m) 및 단축(n)을 갖되 상기 단축에 대한 장축의 비율이 1.5와 등가이거나 이상(m/n≥1.5)인 활성영역을 갖는 방사선 영상 디바이스;
    c) 상기 노출시 다중으로 계속 방사된 영상 프레임들에 대응하는 복수개의 위치들 사이의 경로를 따라 상기 방사선원과 영상 디바이스를 이동시키되,
    상기 방사선원의 초점과 방사선 영상 디바이스 사이에 위치 결정된 하나 이상의 회전축에 대한 선택적인 회전과 선택적인 이동에 의해 상기 방사선원과 영상 디바이스를 모두 이동시킬 수 있는 머니퓰레이터; 및
    d) 관심 대상의 부수적인 체적에 대한 영상을 생성하는 노출 프로파일 프로그램을 포함하며,
    상기 프로파일은 관계 β/α 〉2.1을 만족시키는 각도범위 β를 갖는 상기 방사선 영상 디바이스 내에 투사된 상기 관심 대상의 부수적인 체적 내에 대다수 포인트들을 갖게 경계가 정해지되, 상기 α는 상기 방사선 초점으로부터 보여지는 상기 방사선 영상 디바이스의 각도이고,
    상기 영상은 i) 상기 부수적인 체적에 대한 국부적인 3차원 체적측정 영상, 그리고 ii) 상기 부수적인 체적에 대한 파노라마 레이어 영상에 각을 이루는 슬라이스 영상 중의 하나인 것을 특징으로 하는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 각을 이루는 슬라이스는 상기 관심 대상 영역에 있는 파노라마 레이어에 대하여 대략 90°(±20°) 각도인 횡축 슬라이스인 것을 특징으로 하는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 노출 프로파일 프로그램은 상기 머니퓰레이터를 명령하여 이동과 회전운동의 조합을 제공하는 것을 특징으로 하는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 방사선 영상 디바이스는 초당 100 프레임 이상을 생성하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템.
  5. a) 방사선을 영상화될 물체에 노출시키는 방사선원;
    b) 상기 노출이 부분적으로 이루어지는 동안 복수개의 프레임들을 생성하며, 장축(m)과 단축(n)의 비율이 m/n≥1.5인 활성영역을 갖는 방사선 영상 디바이스;
    c) 상기 노출시 계속 방사된 프레임들 사이의 경로를 따라 상기 영상 디바이스를 이동시키되, 상기 영상 디바이스와 방사선원의 초점 사이에 위치 결정된 하나 이상의 회전축에 대한 선택적인 회전과 선택적인 이동에 의해 상기 방사선원과 영상 디바이스를 이동시킬 수 있는 머니퓰레이터; 및
    d) 영상화될 물체의 일부에 대한 선형의 투사 영상을 생성하며, i) 2개 이상의 선형 섹셕부, 그리고 ii) 영상화될 물체의 가장 인접한 측면에 대한 영상 디바이스의 거리가 20㎝ 이하인 선형 섹션부 중의 하나를 포함하는 노출 프로파일 프로그램을 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 노출 프로파일 프로그램은 2개 이상의 선형 섹션부를 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 방사선원의 초점에 대한 상기 영상 디바이스의 거리는 1.5m 이하이고,
    상기 노출 프로파일 프로그램은 영상화될 물체의 가장 인접한 측면에 대한 영상 디바이스의 거리가 20㎝ 이하인 선형 섹션부를 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 방사선원의 초점에 대한 영상 디바이스의 거리는 0.7m 이하이고,
    영상화될 물체의 가장 인접한 측면에 대한 영상 디바이스의 거리는 노출시 10㎝ 이하인 것을 특징으로 하는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 선형의 투사 영상은 머리부 촬영(cephalometry) 투사 영상인 것을 특징으로 하는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 프로파일은 2개의 선형 섹션부를 결합시키는 부분적인 회전 섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템.
  11. 제 5항에 있어서,
    상기 노출 프로파일 프로그램은 영상화될 물체가 상기 선형 섹션부 경로 동안에만 방사선에 노출되게 하는 것을 특징으로 하는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템.
  12. 제 5항에 있어서,
    상기 경로의 각각의 선형 섹션부를 위해 생성된 부분적인 영상들을 결합하여 완전한 선형 투사 영상을 생성하게 하는 프로세서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템.
  13. 물체의 관심 대상 영역에 대한 부분적인 단층촬영(CT) 영상 또는 3차원 영상을 구현하기 위한 치과용 구강외 방사선 영상 시스템으로서,
    a) 물체를 방사선에 노출시켜서 상기 물체가 노출시 영상화될 수 있도록 하는 방사선원;
    b) 상기 노출이 부분적으로 이루어지는 동안 다중 방사된 영상 프레임들을 생성하는 방사선 영상 디바이스;
    c) 상기 노출시 다중으로 방사된 영상 프레임들에 대응하는 복수개의 위치들 사이의 경로를 따라 상기 방사선원과 상기 영상 디바이스를 이동시키되,
    상기 방사선원의 초점과 방사선 영상 디바이스 사이에 위치 결정된 하나 이상의 회전축에 대한 선택적인 회전과 선택적인 이동에 의해 상기 방사선원과 영상 디바이스를 모두 이동시킬 수 있는 머니퓰레이터; 및
    d) 상기 관심 대상 영역에 대한 부분적인 단층촬영(CT) 영상 또는 3차원 영상을 생성하는 노출 프로파일 프로그램을 포함하되,
    상기 프로파일은 상기 노출이 부분적으로 이루어지는 동안 회전축이 궤도를 따라 이동할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 회전축의 이동가능한 궤도는 나선형인 것을 특징으로 하는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 회전축의 이동가능한 궤도는 원형인 것을 특징으로 하는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 회전축의 이동가능한 궤도는 숫자 8의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템.
  17. 제 13항에 있어서,
    상기 회전축의 이동가능한 궤도는 "S"자 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템.
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 방사선원의 초점과 상기 영상 디바이스의 중앙점을 연결하는 라인은 상기 회전축의 이동가능한 궤도에 접선인 것을 특징으로 하는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템.
  19. 제 13항에 있어서,
    상기 방사선원의 초점과 상기 영상 디바이스의 중앙점을 연결하는 라인은 상기 회전축의 이동가능한 궤도에 대한 접선으로부터 ±45°이내인 것을 특징으로 하는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템.
  20. 방사선을 영상화될 물체에 노출시키는 방사선원; 상기 노출이 부분적으로 이루어지는 동안 복수개의 프레임들을 생성하며, 장축(m)과 단축(n)의 비율이 m/n≥1.5인 활성영역을 갖는 방사선 영상 디바이스; 상기 노출시 계속 방사된 프레임들 사이의 경로를 따라 상기 영상 디바이스를 이동시키되, 상기 방사선원의 초점과 방사선 영상 디바이스 사이에 위치 결정된 하나 이상의 회전축에 대한 선택적인 회전 또는 선택적인 이동에 의해 상기 방사선원과 영상 디바이스를 이동시킬 수 있는 머니퓰레이터를 포함하는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템에서 국부적인 3차원 체적측정 영상 또는 각이 있는 슬라이스 영상을 구현하는 방법으로서,
    상기 방법은,
    3차원 화소값에 대한 벡터 x를 정의하고;
    투사된 영상에 대한 벡터 y를 정의하며;
    웨이트에 대한 매트릭스 W를 정의하여 웨이트 매트릭스 W를 형성하는 제 1 단계;
    3차원 화소값 x에 대한 초기 추정값을 준비하는 제 2 단계;
    상기 3차원 화소값 x에 대한 현재값을 구하기 위해 반복하는 제 3 단계;
    에러가 충분히 작은지의 여부를 결정하기 위해 반복하는 제 4 단계;
    상기 에러가 감소되도록 3차원 화소값 x에 대하여 새로운 추정값을 산출하기 위해 반복하는 제 5 단계;
    상기 3차원 화소값 x를 충분히 작은 값과 비교하기 위해 반복하는 제 6 단계; 및
    상기 3차원 화소값 x 또는 상기 3차원 화소값 x의 일부를 최종 영상 또는 최종 영상의 일부로서 디스플레이하기 위한 제 7 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템에서 국부적인 3차원 체적측정 영상 또는 각이 있는 슬라이스 영상을 구현하는 방법.
  21. 방사선을 영상화될 물체에 노출시키는 방사선원; 상기 노출이 부분적으로 이루어지는 동안 복수개의 프레임들을 생성하며, 장축(m)과 단축(n)의 비율이 m/n≥1.5인 활성영역을 갖는 방사선 영상 디바이스; 상기 노출시 계속 방사된 프레임들 사이의 경로를 따라 상기 영상 디바이스를 이동시키되, 상기 방사선원의 초점과 방사선 영상 디바이스 사이에 위치 결정된 하나 이상의 회전축에 대한 선택적인 회전 또는 선택적인 이동에 의해 상기 방사선원과 영상 디바이스를 이동시킬 수 있는 머니퓰레이터를 포함하는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템에서 사람의 머리부 또는 사람의 머리부의 일부에 대한 선형 투사 영상 또는 머리부 촬영(cephalometry) 투사 영상을 구현하는 방법으로서,
    상기 방법은,
    상기 영상 디바이스에 평행한 물체에서 상이한 레이어들을 계산하는 제 1 단계;
    상기 영상 디바이스로부터 각각의 레이어의 상이한 거리에 기인하는 상이한 확대에 대하여 상이한 레이어들을 정정하는 제 2 단계;
    상기 정정된 레이어들 또는 상기 정정된 레이어들의 일부를 합하여 영상을 형성하는 제 3 단계; 및
    상기 영상을 디스플레이하는 제 4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 구강외 방사선 영상 시스템에서 사람의 머리부 또는 사람의 머리부의 일부에 대한 선형 투사 영상 또는 머리부 촬영 투사 영상을 구현하는 방법.
  22. 파노라마 레이어에 대한 각이 있는 슬라이스를 획득하기 위한 치과용 구강외 방사선 영상을 구현하는 방법으로서,
    a) 방사선을 영상화될 물체에 노출시키는 방사선원을 제공하는 단계;
    b) 상기 노출이 부분적으로 이루어지는 동안 복수개의 프레임들을 생성하며, 장축(m)과 단축(n)의 비율이 m/n≥1.5인 활성영역을 갖는 방사선 영상 디바이스를 제공하는 단계;
    c) 상기 노출시 계속 방사된 프레임들 사이의 경로를 따라 상기 영상 디바이스를 이동시키되, 상기 방사선원의 초점과 방사선 영상 디바이스 사이에 위치 결정된 하나 이상의 회전축에 대한 선택적인 회전 또는 선택적인 이동에 의해 상기 방사선원과 영상 디바이스를 이동시킬 수 있는 머니퓰레이터를 제공하는 단계; 및
    d) 관심 대상의 부수적인 체적을 위한 파노라마 레이어 영상에 각이 있는 슬라이스를 생성하는 노출 프로파일 프로그램을 제작하는 단계를 포함하되,
    상기 프로파일은 관계 β/α 〉2.1을 만족시키는 각도범위 β를 갖는 상기 방사선 영상 디바이스 내에 투사된 상기 관심 대상의 부수적인 체적 내에 대다수 포인트들을 갖게 경계가 정해지되, 상기 α는 상기 방사선 초점으로부터 보여지는 상기 방사선 영상 디바이스의 각도인 것을 특징으로 하는 치과용 구강외 방사선 영상을 구현하는 방법.
  23. 국부적인 3차원 체적측정 영상을 획득하기 위한 치과용 구강외 방사선 영상을 구현하는 방법으로서,
    a) 방사선을 영상화될 물체에 노출시키기 위해 방사선원을 이용하는 단계;
    b) 상기 노출이 부분적으로 이루어지는 동안 복수개의 프레임들을 생성하며, 장축(m)과 단축(n)의 비율이 m/n≥1.5인 활성영역을 갖는 방사선 영상 디바이스를 이용하는 단계;
    c) 상기 노출시 계속 방사된 프레임들 사이의 경로를 따라 상기 영상 디바이스를 이동시키되, 상기 방사선원의 초점과 방사선 영상 디바이스 사이에 위치 결정된 하나 이상의 회전축에 대한 선택적인 회전 또는 선택적인 변동에 의해 상기 방사선원과 영상 디바이스를 이동시킬 수 있는 머니퓰레이터를 이용하는 단계; 및
    d) 관심 대상 물체의 부수적인 체적을 위한 국부적인 3차원 체적측정 영상을 생성하는 노출 프로파일 프로그램을 이용하는 단계를 포함하되,
    상기 프로파일은 관계 β/α 〉2.1을 만족시키는 각도범위 β를 갖는 상기 방사선 영상 디바이스 내에 투사된 상기 관심 대상의 부수적인 체적 내에 대다수 포인트들을 갖게 경계가 정해지되, 상기 α는 상기 방사선 초점으로부터 보여지는 상기 방사선 영상 디바이스의 각도인 것을 특징으로 하는 치과용 구강외 방사선 영상을 구현하는 방법.
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