KR20140024646A - 선형 감마선원을 이용하여 고해상도의 ｐｅｔ(양전자 방출 단층 촬영) 영상을 생성하는 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 선형 감마선원을 이용하여 고해상도의 PET(양전자 방출 단층 촬영) 영상을 생성하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 의료 영상을 재구성하기 위한 의료 영상 생성 장치의 검출기의 블러 모델을 생성하는 방법에 있어서, 3차원 검출기의 검출 공간 내에서 선형 감마선원(line source)의 위치를 변경하면서, 상기 변경된 위치들 각각에 대하여 상기 선형 감마선원으로부터 방출되는 신호를 획득하는 단계, 상기 위치들 각각에 대하여 획득된 신호를 이용하여, 상기 위치들 각각에 대응되는 직선(line)에 대한 LSF(line spread function)을 생성하는 단계, 상기 직선들 각각에 대한 LSF를 상기 직선들 각각에 포함되는 적어도 하나의 복셀들 각각에 대한 PSF(point spread function)로 분리하는 단계 및 상기 적어도 하나의 복셀들 각각에 대한 PSF로부터 상기 검출기의 블러 모델을 생성하는 단계를 포함하는 블러 모델 생성 방법이 제시된다. 또한, 대상체 내에 주입된 추적자로부터 방출되는 신호를 검출하여 대상체에 대한 제 1 영상을 생성하는 제 1 영상 생성부 및 생성된 제 1 영상에, 블러 모델 생성 방법에 의해 생성된 블러 모델을 적용하여 제 2 영상을 생성하는 제 2 영상 생성부를 더 포함하는 의료 영상 생성 장치가 제시된다. 본 발명에 의하면 선형 감마선원을 이용하여 의료 영상 생성 장치의 검출기에 대한 블러 모델을 생성할 수 있고, 생성된 블러 모델을 이용하여 고해상도의 의료 영상을 생성할 수 있다.
Description
선형 감마선원을 이용하여 고해상도의 PET(양전자 방출 단층 촬영) 영상을 생성하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
환자를 진단하기 위해 인체 내부의 정보를 영상으로 획득하는 의료용 영상 기기는 질병 진단에 필요한 정보를 제공한다. 현재 병원에서 사용 또는 개발되고 있는 의료용 영상 촬영 방법은 크게 해부학적 영상과 생리학적 영상을 얻는 방법으로 나누어진다. 첫째로, 인체의 상세한 해부학적 영상을 높은 해상도로 제공하는 촬영기술의 예로는 MRI(Magnetic Resonance Imaging) 또는 CT(Computed Tomography)가 있다. 이들은 인체의 단면에 대한 2차원 영상, 또는 여러 장의 2차원 영상을 이용하여 3차원 영상을 높은 해상도로 생성하여 인체 내 장기들의 정확한 위치와 형태를 나타낸다. 둘째로, 생리학적 영상 촬영 기술의 예로는 인체 내의 신진 대사 과정을 촬영하여 대사의 이상 유무의 진단에 기여하는 양전자 방출 단층 촬영(PET, Positron emission tomography)가 대표적이다.
양전자 방출 단층 촬영은 양전자를 방출하는 특수 방사성 추적자를 인체 대사에 참여하는 성분의 형태로 생성하고, 이 추적자를 정맥주사나 흡입의 방법으로 인체에 주입하고, 이 추적자에서 방출되는 양전자가 전자와 결합할 때 서로 반대 방향으로 방출되는 511keV의 두 개의 감마선을 외부 기기(스캐너)를 이용하여 검출함으로써 추적자의 위치를 추적하고, 이들의 분포 형태와 시간에 따른 분포 양상의 변화를 관찰하는 촬영 기술이다.
이 때, 감마선 검출 단계에서 발생하는 물리적 현상들, 검출기의 기하학적 구조 및 검출소자의 모양과 배치에 따른 공간적 한계 등은 PET의 공간 분해능을 저하시키고, 나아가 환자 영상의 판독, 질병 진단능력 저하 등에 영향을 미친다. 이러한 공간 분해능 저하 요인들 중 물리 현상 발생에 대한 통제는 사실상 불가능하고, 공간적 한계는 검출기 구조상 회피하기 어려운 설계상의 문제가 있기에, 감마선을 방출하는 소스를 검출기 내에 위치하여 영상을 획득하고, 영상이 얼마나 흐릿하게 표현되었는가를 나타내는 블러(blur) 정보를 찾고 이러한 블러 정보를 반영하는 시스템 행렬을 영상에 적용하여, 선명한 영상을 생성하는 방법이 제시된다.
선형 감마선원을 이용하여 고해상도의 PET(양전자 방출 단층 촬영) 영상을 생성하는 방법 및 장치를 제공하는 데 있다. 또한, 상기 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공하는 데 있다. 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 블러 모델 생성 방법은 3차원 검출기의 검출 공간 내에서 선형 감마선원(line source)의 위치를 변경하면서, 상기 변경된 위치들 각각에 대하여 상기 선형 감마선원으로부터 방출되는 신호를 획득하는 단계, 상기 위치들 각각에 대하여 획득된 신호를 이용하여, 상기 위치들 각각에 대응되는 직선(line)에 대한 LSF(line spread function)을 생성하는 단계, 상기 직선들 각각에 대한 LSF를 상기 직선들 각각에 포함되는 적어도 하나의 복셀들 각각에 대한 PSF(point spread function)로 분리하는 단계 및 상기 적어도 하나의 복셀들 각각에 대한 PSF로부터 상기 검출기의 블러 모델을 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따라 상기된 블러 모델 생성 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 블러 모델 생성 장치는 3차원 검출기의 검출 공간 내에서 선형 감마선원(line source)의 위치를 변경하면서, 상기 변경된 위치들 각각에 대하여 상기 선형 감마선원으로부터 방출되는 신호를 획득하는 신호 획득부, 상기 위치들 각각에 대하여 획득된 신호를 이용하여, 상기 위치들 각각에 대응되는 직선(line)에 대한 LSF(line spread function)을 생성하는 LSF 생성부, 상기 직선들 각각에 대한 LSF를 상기 직선들 각각에 포함되는 적어도 하나의 복셀들 각각에 대한 PSF(point spread function)로 분리하는 분리부 및 상기 적어도 하나의 복셀들 각각에 대한 PSF로부터 상기 검출기의 블러 모델을 생성하는 블러 모델 생성부를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 영상 생성 방법은 고해상도의 PET의료 영상을 생성하는 방법에 있어서 3차원 검출기의 검출 공간 내에서 선형 감마선원(line source)의 위치를 변경하면서, 상기 변경된 위치들 각각에 대하여 상기 선형 감마선원으로부터 방출되는 신호를 획득하는 단계, 상기 위치들 각각에 대하여 획득된 신호를 이용하여, 상기 위치들 각각에 대응되는 직선(line)에 대한 LSF(line spread function)을 생성하는 단계, 상기 직선들 각각에 대한 LSF를 상기 직선들 각각에 포함되는 적어도 하나의 복셀들 각각에 대한 PSF(point spread function)로 분리하는 단계, 상기 적어도 하나의 복셀들 각각에 대한 PSF로부터 상기 검출기의 블러 모델을 생성하는 단계, 대상체 내에 주입된 추적자로부터 방출되는 신호를 검출하여 대상체에 대한 제 1 영상을 생성하는 단계 및 상기 생성된 제 1 영상에 상기 생성된 블러 모델을 적용하여 제 2 영상을 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따라 상기된 영상 생성 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 영상 생성 장치는 고해상도의 의료 영상을 생성하는 장치에 있어서, 3차원 검출기의 검출 공간 내에서 선형 감마선원(line source)의 위치를 변경하면서, 상기 변경된 위치들 각각에 대하여 상기 선형 감마선원으로부터 방출되는 신호를 획득하는 신호 획득부, 상기 위치들 각각에 대하여 획득된 신호를 이용하여, 상기 위치들 각각에 대응되는 직선(line)에 대한 LSF(line spread function)을 생성하는 LSF 생성부, 상기 직선들 각각에 대한 LSF를 상기 직선들 각각에 포함되는 적어도 하나의 복셀들 각각에 대한 PSF(point spread function)로 분리하는 분리부, 상기 적어도 하나의 복셀들 각각에 대한 PSF로부터 상기 검출기의 블러 모델을 생성하는 블러 모델 생성부, 대상체 내에 주입된 추적자로부터 방출되는 신호를 검출하여 대상체에 대한 제 1 영상을 생성하는 제 1 영상 생성부 및 상기 생성된 제 1 영상에 상기 생성된 블러 모델을 적용하여 제 2 영상을 생성하는 제 2 영상 생성부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라 선형 감마선원을 이용하여 의료 영상 촬영 장치의 검출기에 대한 블러 모델을 생성할 수 있고, 생성된 블러 모델을 이용하여 고해상도의 의료 영상을 생성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 생성 장치를 나타낸 것이다.
도 2는 LOR 데이터의 예를 나타낸 것이다
도 3은 추적자로부터 방출되는 두 개의 감마선이 직선을 이루지 않는 경우의 예를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 블러 모델을 생성하는 블러 모델 생성 장치의 일부 구성도이다.
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 의료 영상을 생성하는 의료 영상 생성 장치의 일부 구성도이다.
도 6은 검출기(110)의 검출공간 내에서 점 감마선원의 위치를 변경하는 예를 나타낸 것이다.
도 7은 점 감마선원으로부터 획득한 신호를 이용하여 PSF를 생성하는 예를 나타낸 것이다.
도 8은 검출기(110)의 검출공간 내에서 선형 감마선원의 위치를 변경하는 예를 나타낸 것이다.
도 9는 도 4의 분리부(44)가 LSF를 분리하는 예를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 블러 모델 생성 방법의 흐름도이다.
도 11는 본 발명의 다른 실시예에 따른 의료 영상 생성 방법의 흐름도이다.
도 2는 LOR 데이터의 예를 나타낸 것이다
도 3은 추적자로부터 방출되는 두 개의 감마선이 직선을 이루지 않는 경우의 예를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 블러 모델을 생성하는 블러 모델 생성 장치의 일부 구성도이다.
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 의료 영상을 생성하는 의료 영상 생성 장치의 일부 구성도이다.
도 6은 검출기(110)의 검출공간 내에서 점 감마선원의 위치를 변경하는 예를 나타낸 것이다.
도 7은 점 감마선원으로부터 획득한 신호를 이용하여 PSF를 생성하는 예를 나타낸 것이다.
도 8은 검출기(110)의 검출공간 내에서 선형 감마선원의 위치를 변경하는 예를 나타낸 것이다.
도 9는 도 4의 분리부(44)가 LSF를 분리하는 예를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 블러 모델 생성 방법의 흐름도이다.
도 11는 본 발명의 다른 실시예에 따른 의료 영상 생성 방법의 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 실시예들의 특징을 명확히 설명하기 위하여 이하의 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는 사항들에 관해서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 생성 장치를 나타낸 것으로서, 환자의 신체 단면에 대한 영상을 생성하는 전체적인 시스템을 도시하였다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 생성 장치는 신호 검출 장치(100), 컴퓨터(200), 디스플레이 장치(300), 사용자 입력장치(400), 저장장치(500)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 1의 의료 영상 생성 장치를 이용하여 환자의 신체 단면에 대한 영상을 생성할 수 있을 뿐 아니라, 그러한 영상 생성에 사용되는 검출기(110)의 블러 모델을 생성할 수 있다. 이하에서는 도 1의 의료 영상 생성 장치를 이용하여 환자의 신체 단면에 대한 영상을 생성하는 방법과, 검출기(110)의 블러 모델을 생성하는 방법의 두 가지 관점을 모두 기술한다.
여기서 블러(blur)란 점 또는 영상이 얼마나 퍼져있는가를 나타내는 것으로써, 보다 구체적으로는 검출기(110)를 이용하여 검출기 내의 검출 공간에 위치하는 양전자 방출 물질의 위치를 추정하는 경우, 추정된 위치들의 분포가 실제 양전자 방출 물질의 위치를 중심으로 얼마나 퍼져 있는가 혹은 얼마나 번져 있는가를 나타내는 것이다. 이를 나타내는 방법으로 PSF(point spread function)를 이용할 수 있음을 본 발명이 속하는 분야의 기술자라면 알 수 있다.
또한, 이하에서 검출기(110)의 블러 모델이란, 검출기(110)로 영상을 촬영하였을 때 영상에 나타나는 블러 정보를 검출기(110)의 복셀(3차원 공간 내에서의 위치 좌표)에 대한 PSF 함수로 표현한 것 또는 그러한 함수를 시스템 행렬로 변환한 것을 말한다.
예를 들어 의료 영상 생성 장치를 이용하여 검출기의 블러 모델을 생성하는 경우, 의료 영상 생성 장치는 검출기(110)의 검출 공간 내에서의 제 1 위치 좌표에 양전자 방출 물질을 위치하고 양전자 방출 물질로부터 신호를 획득하여 제 1 위치에 대한 영상을 생성하고, 이 영상에서의 블러 정보를 나타내는 PSF를 생성한다. 이렇게 획득된 PSF는 제 1 위치에 대한 PSF이다. 다음으로, 의료 영상 생성 장치는 양전자 방출 물질의 위치를 제 2 위치로 변경하여 제 2 위치에 대한 PSF를 생성하는 방법으로 검출기(110) 내의 제 1 위치, 제 2 위치를 비롯한 복수 개의 복셀에 대해 PSF를 생성할 수 있다. 이러한 복수 개의 복셀에 대한 PSF를 이용하여 검출기(110)의 검출 공간의 모든 복셀에 대한 PSF를 생성하고, 이를 검출기(110)에 대한 블러 모델로써 사용할 수 있다. 나아가, 의료 영상 생성 장치를 이용하여 PET 영상을 생성하는 경우, 위 생성된 블러 모델을 이용하면 블러가 제거된 깨끗한 고해상도의 PET 영상을 획득할 수 있다.
예를 들어, 의료 영상 생성 장치는 환자의 신체 단면에 대한 영상을 촬영하고, 촬영된 영상에 검출기의 블러 모델을 적용하여 블러가 제거된 깨끗한 고해상도의 PET 영상을 획득할 수 있다. 구체적인 단계에 대하여 이하에서 본 발명의 실시예들과 함께 자세히 설명한다.
여기서 촬영된 영상에 블러 모델을 적용한다는 것은, 정지 영상에 블러 필터를 컨벌루전하여 블러가 포함된 영상이 얻어지는 원리를 거꾸로 이용하여, 블러가 포함된 영상에 블러 필터를 디컨벌루전하여 정지 영상을 획득한다는 것이다.
도 1의 의료 영상 생성 장치를 이용하여 환자의 신체 단면에 대한 영상을 생성하는 경우의 예를 들면, 도 1의 신호 검출 장치(100)는 대상체에 주입된 추적자로부터 방출되는 신호를 검출한다. 여기서 추적자는 양전자를 방출하는 물질로써, PET 촬영의 타겟이 되는 대상체에 직접 주입되어 대상체의 장기, 혈관 등에서 외부로 감마선을 방출하는 물질이다. 예를 들어 신호 검출 장치(100)는 환자의 신체에 주입된 추적자로부터 방출된 양전자가 주변의 전자와 결합하여 방출하는 두 개의 감마선을 검출한다. 신호 검출 장치(100)는 검출한 감마선에 대한 LOR 데이터를 컴퓨터(200)에 전송한다.
도 1의 의료 영상 생성 장치를 이용하여 검출기(110)의 블러 모델을 생성하는 경우의 예를 들면, 도 1의 신호 검출 장치(100)는 검출기(110) 내에 위치하는 감마선원(gamma-ray source)으로부터 방출된 양전자가 주변의 전자와 결합하여 방출하는 두 개의 감마선을 검출한다. 신호 검출 장치(100)는 검출한 감마선에 대한 LOR 데이터를 컴퓨터(200)에 전송한다. 여기서 감마선원란, 양전자를 방출하는 물질이며, 감마선원으로부터 방출된 양전자는 주변의 전자와 만나 감마선을 방출하고, 검출기(110)는 감마선원으로부터 방출된 감마선을 검출한다.
여기서, LOR 데이터란 공간 내에서 직선의 위치를 나타내는 데이터로, 이 개념을 설명하기 위해서 이하에서는 도 2를 참고하여 설명한다.
도 2는 LOR 데이터의 예를 나타낸 것이다.
도 2을 참조하면, 검출기(110)의 검출공간 내에 위치하는 추적자(22)는 추적자로부터 방출된 양전자가 전자와 반응할 때 180도 방향으로 두 개의 감마선을 방출하고, 두 개의 감마선은 하나의 직선 상에 놓인다. 도 2은 그러한 직선(23, 24)이 두 개 검출된 경우의 예를 나타낸 것이다. 직선 23을 참조하면, 검출기(110)의 검출공간 내의 원점을 기준으로 직선 23에 수선을 내렸을 때, 수선까지의 거리는 r1, 수선까지의 각도는 θ1이기에, 직선 23에 대한 LOR은 (r1, θ1)이다. 마찬가지로 직선 24를 참조하면, 스캐너 검출공간(31) 내의 원점을 기준으로 직선 24에 수선을 내렸을 때, 수선까지의 거리는 r2, 수선까지의 각도는 θ2이기에, 직선 24에 대한 LOR은 (r2, θ2)이다. 상기와 같이, 두 개 이상 LOR 데이터를 획득하면 추적자의 위치는 LOR 데이터들로부터 결정될 수 있다. 그러하기에, 신호 검출 장치(100)는 검출한 감마선에 대한 LOR을 컴퓨터(200)에 전송하고, 컴퓨터(200)는 최종적으로 그러한 LOR로부터 추적자의 위치를 결정할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 컴퓨터(200)는 신호 검출장치(100)로부터 획득한 데이터를 이용하여 대상체에 대한 영상을 생성한다. 환자의 신체 단면에 대한 영상을 생성하는 경우의 예를 들면, 컴퓨터(200)는 신호 검출장치(100)로부터 획득한 데이터를 이용하여 환자의 신체 단면을 나타내는 영상을 생성한다. 검출기(110)의 블러 모델을 생성하는 경우의 예를 들면, 컴퓨터(200)는 신호 검출장치(100)로부터 획득한 데이터를 이용하여 검출기(110)의 블러 모델을 생성한다.
디스플레이 장치(300)는 컴퓨터(200)로부터 생성된 영상 또는 블러 모델을 디스플레이에 표시할 수 있고, 그 외에도 사용자에게 제공하고자 하는 어떠한 정보라도 표시할 수 있다.
사용자는 사용자 입력장치(400)를 이용하여 컴퓨터(200)의 동작에 필요한 정보를 입력할 수 있다. 예를 들어 사용자는 사용자 입력장치(400)를 이용하여 컴퓨터(200)의 동작 시작 또는 종료를 명령할 수 있다.
컴퓨터(200)가 대상체에 대한 PET 영상을 생성함에 있어서, 영상의 품질은 검출기(110)의 공간 분해능에 의해 영향을 받는다. PET에 있어서 공간 분해능을 저하시키는 요인으로는 감마선의 각도 요동, 양전자의 비정거리, 검출기의 기하학적 구조, 검출기의 감마선 반응위치 검출 알고리즘 정확도 등이 있다.
감마선의 각도 요동의 예를 들면, 추적자로부터 방출되는 두 개의 감마선이 정확히 180도를 이루지 않고 180도보다 약간 크거나 약간 작은 각도를 이루면서 방출됨에 따라 PET 영상의 해상도가 저하된다. 그 예를 도 3을 참고하여 설명한다.
도 3은 추적자로부터 방출되는 두 개의 감마선이 직선을 이루지 않는 경우의 예를 나타낸 것이다.
도 3은 추적자(30)로부터 방출된 두 개의 감마선(31, 32)이 정확히 180도를 이루지 않고 180보다 약간 작은 각도(34)를 이루면서 방출된 경우의 예를 나타낸 것이다. 각도(34)는 약 177.5도 내지 182.5도 사이의 각도를 가질 수 있다. 이 때, 검출기(110)는 감마선이 검출된 위치(35, 36)를 인식하고, 그러한 위치(35, 36)를 연결한 직선(33) 상에 추적자가 위치한다고 추정한다. 그러나 실제로 추적자는 직선(33) 위에 존재하지 않는다. 이러한 문제점에 의한 PET 영상의 해상도 저하는 검출기의 직경이 클수록 현저하게 나타난다.
양전자의 비정거리의 예를 들면, 양전자가 전자와 반응하기 전에 추적자로부터 이동함에 따라 PET 영상의 해상도가 저하된다. 예를 들어 설명하면, 양전자는 추적자로부터 방출된 후 짧은 거리를 이동하면서 에너지를 소실하고, 그 후 전자와 결합하여 소멸하면서 511keV의 에너지를 갖는 한 쌍의 감마선을 방출한다. 이 때, 양전자가 에너지를 소실하면서 이동하는 거리를 비정 거리(positron range)이라고 한다. 이렇게 양전자가 추적자로부터 비정거리만큼 이동한 후 감마선을 방출함에 따라, 추적자의 위치와 감마선이 방출된 위치는 정확히 일치하지 않게 된다. 따라서 감마선이 방출된 위치를 계산하고, 그 위치가 추적자의 위치라고 가정하는 경우 오차가 생기게 되는 것이다. 이에 의한 PET 의 분해능 저하를 비정거리 효과 (positron range effect)라고 하며, 일반적으로 양전자의 에너지가 클수록 비정거리는 길어지고 PET 영상의 해상도는 더욱 저하된다.
검출기의 기하학적 구조의 예를 들면, 검출기(110)의 기하학적 구조에 의한 위치별 반응 깊이 차이(parallax error)로 인해 검출기(110)의 중심으로부터 멀어질수록 해상도가 저하되는 문제가 있다. 예를 들어 설명하면, 검출기(110)의 표면에는 복수 개의 검출 소자가 촘촘하게 배열되어 있다. 그러한 검출 소자가 깊이 방향으로 더 긴 직사각형의 형태인 경우에 감마선이 검출소자에 비스듬히 입사하게 되면, 하나의 검출 소자에서만 감마선이 검출되는 것이 아니라 여러 개의 인접한 검출 소자에서 동시에 감마선이 검출된다. 따라서 추적자의 정확한 위치를 추정하는 것이 어려워지고, PET 영상의 해상도가 저하된다.
위와 같은 세 가지 요인을 비롯한 여러 요인들에 의해 PET 영상의 해상도는 저하된다. 이들 요인들 중 일부는 확률적으로 발생하는 것이기 때문에 기술적 또는 기계적인 설계 변형에 의하여 그 분해능을 향상시키는 것에 한계가 있다. 따라서 이를 해결하기 위해, 검출기(110)내의 각 복셀에 해당하는 확률적인 블러(blur) 정보를 PSF(point spread function) 형태로 생성하고, 이로부터 검출기(110) 전체에 대한 블러 모델을 생성하고, 검출기(110)로 촬영한 저 해상도의 PET 영상에 검출기(110)의 블러 모델을 역으로 적용하여, 블러가 제거된 고해상도 영상을 생성하는 방식이 제안되었다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 1의 의료 영상 생성 장치를 이용하여 환자의 신체 단면에 대한 영상을 생성할 수 있을 뿐 아니라, 그러한 영상 생성에 사용되는 검출기(110)의 블러 모델을 미리 생성할 수 있다. 이하에서는 도 1의 의료 영상 생성 장치를 이용하여 검출기(110)에 대한 블러 모델을 생성하는 방법에 대하여 도 4 내지 도 6을 참조하여 자세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 블러 모델을 생성하는 블러 모델 생성 장치(40)의 구성도이다. 도 1의 의료 영상 생성 장치를 이용하여 검출기(110)의 블러 모델을 생성하는 경우, 도 1의 컴퓨터(200)는 도 4의 블러 모델 생성 장치(40)를 포함할 수 있다. 도 4를 참조하면, 블러 모델 생성 장치(40)는 제어부(41), 신호 획득부(42), LSF 생성부(43), 분리부(44), 블러 모델 생성부(45)를 포함한다. 블러 모델 생성부(45)에 의해 생성된 블러 모델은 저장 장치(500)에 저장된다.
제어부(41)는 3차원 검출기(110)의 검출 공간 내에서 선형 감마선원의 위치를 변경한다. 여기서 선형 감마선원이란, 양전자를 방출하는 감마선원들이 선을 이루어 길게 배열 되어 있는 것을 말한다. 예를 들어 제어부(41)는 선형 감마선원이 검출기(110)의 중심으로부터 점점 멀어지는 방향으로 선형 감마선원의 위치를 변경할 수 있다.
검출기(110)가 원통형인 경우의 예를 들면, 제어부(41)는 선형 감마선원의 길이 방향과 검출기(110)의 축 방향이 일치하도록 선형 감마선원의 위치를 변경할 수 있다. 이에 따라 제어부(41)는 검출기(110)의 중심을 지나는 소정의 평면으로부터 선형 감마선원까지의 각도가 소정 각도 간격으로 증가하도록 선형 감마선원의 위치를 변경할 수 있다. 이 외에도 검출기(110) 내의 다양한 위치에 대한 신호를 획득하기 위하여 제어부(41)는 다양한 방법으로 선형 감마선원의 위치를 변경할 수 있음을 본 발명이 속하는 분야의 기술자라면 알 수 있다.
한편, 블러 모델을 생성하기 위하여 선형 감마선원이 아닌 점 감마선원이 이용될 수 있다. 이러한 경우의 예를 들면, 블러 모델 생성 장치는 x-y 평면(깊이 방향에 수직) 상에서 점 감마선원의 위치를 변경하고, 이에 따라 소정의 x-y평면 상에 있는 복셀들의 PSF를 생성한다. 이 과정은 z축 방향을 따라 이동하면서 반복되고, 이에 따라 복수개의 x-y평면 상에 있는 복셀들의 PSF가 생성된다. 즉 x축, y축, z축 모든 방향으로 점 감마선원의 위치를 변경하고, 이에 따라 3차원 공간의 복셀들에 대한 PSF를 생성한다.
다만, 검출기(110) 내의 모든 위치에 점 감마선원를 위치하고, 각 위치에 대하여 검출된 신호로부터 PSF를 생성하는 것은 시간 측면에서나, 데이터 용량의 측면에서나 효율적이지 않다. 실제로 PET 시스템의 경우 많은 수의 복셀을 가지므로, 모든 복셀에서 PSF를 측정하는 것은 현실적으로 불가능하다. 예를 들어, PET 검출 공간의 복셀이 3차원 좌표 축에 각각 336, 336, 109개씩 있는 경우, 총 복셀의 개수는 336×336×109 즉 12,305,664개에 달한다.
이에 따라, 일부의 위치에만 점 감마선원을 위치하여, 일부 복셀에 대한 PSF를 구하고 이로부터 다른 복셀에 대한 PSF를 추정함에 따라, 전체 검출기(110)에 대한 블러 모델을 생성하는 방법이 제안된다. 예를 들어, 한 평면당 40개의 복셀에 대하여 PSF를 생성하고, 축 방향으로 이동하면서 40번 반복 측정을 통해 총 1600개의 복셀에 해당하는 PSF를 생성할 수 있다.
일부 복셀에 대한 PSF를 구하고 이로부터 다른 복셀에 대한 PSF를 추정하는 방법의 예로는 제 1 위치의 PSF와 제 2 위치의 PSF에 가중치를 주어 제 1 위치와 제 2 위치의 사이에 있는 제 3 위치의 PSF를 추정하는 보간법이 있다. 또 다른 예로는, 동일한 PSF를 갖는 서로 다른 복셀들이 있는 경우이거나, 서로 대칭이 되는 PSF를 갖는 서로 다른 복셀들이 있는 경우, 하나의 복셀에 대한 PSF로부터 나머지 복셀에 대한 PSF를 추정할 수 있기에, 하나의 복셀에 대한 PSF만을 생성하고 나머지 복셀들에 대한 PSF 생성 과정을 생략할 수 있다.
이하에서는 일부 복셀에 대한 PSF를 구하고 이로부터 다른 복셀에 대한 PSF를 추정하는 방법의 예를 x-y 평면에 대한 PSF로 한정하여 설명한다.
예를 들어, 검출기(110)의 x-y 평면이 완전한 원형이고, 이에 따라 검출기(110)의 소정의 x-y평면 상에서 검출기 중심으로부터의 거리가 같은 복셀들의 PSF가 같다고 가정할 수 있다. 이 경우, 블러 모델 생성 장치(40)는 ‘소정의 x-y 평면 위에 있으면서 동시에 검출기의 중심을 지나는 소정의 직선’ 상에 있는 복셀에 대한 PSF를 이용하여 x-y평면 전체에 대한 PSF를 생성할 수 있다.
또는, 검출기(110)의 x-y평면을 복수 개의 부채꼴로 나누고, 각 부채꼴의 PSF는 서로 다른 부채꼴의 PSF를 검출기(110)의 x-y평면의 중심을 기준으로 회전시킨 것과 일치한다고 가정할 수 있다. 이 경우, 블러 모델 생성 장치(40)는 그 중 제 1 부채꼴에 대한 PSF만을 생성하고, 이를 이용하여 검출기(110)의 x-y평면 전체에 대한 PSF를 생성할 수 있다.
이하에서는 제어부(41)가 선형 감마선원의 위치를 변경하는 예를 도 8을 참조하여 설명하고, 이에 앞서 점 감마선원과 선형 감마선원을 비교하기 위하여 점 감마선원의 위치를 변경하는 예를 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 검출기(110)의 검출공간 내에서 점 감마선원의 위치를 변경하는 예를 나타낸 것이다. 도 6을 참조하면, 점 감마선원의 위치는 검출기(110)의 검출 공간 내에서 복셀 611내지 614로 변경될 수 있다. 복셀 611 내지 복셀 614는 복셀 611 내지 복셀 614가 포함된 x-y 평면인 제 1 평면 상의 복셀을 임의로 나타낸 것이며, 점 감마선원의 위치는 제 1 평면 상의 다른 복셀로 변경될 수도 있음을 본 발명이 속하는 분야의 기술자라면 알 수 있다. 이에 따라 블러 모델 생성 장치는 각 위치의 점 감마선원으로부터 신호를 획득하여 제 1 평면에 대한 PSF를 생성한다.
블러 모델 생성 장치는 위와 같이 소정의 평면에 대한 PSF를 생성하는 과정을, z축을 따라 평면을 이동시키면서 반복한다. 이에 따라 점 감마선원의 위치는 621내지 624로 변경될 수 있고, 그 후 z 축 방향으로 이동하여 631 내지 634로 변경될 수 있다.
도 8은 검출기(110)의 검출공간 내에서 선형 감마선원의 위치를 변경하는 예를 나타낸 것이다. 도 8을 참조하면 제어부(41)는 선형 감마선원의 위치를 직선 81내지 84로 변경하고, 신호 획득부(42)는 각 위치에 따라 선형 감마선원으로부터 방출되는 신호를 소정 시간 동안 획득한다. 직선 81내지 84는 z축에 평행한 직선이며, 이에 따라 선형 감마선원은 z축 방향으로 길이를 갖는다. 이에 따라 LSF 생성부(43)는 신호 획득부(42)로부터 획득한 각 위치에 따른 신호로부터 각 위치에 대응되는 직선의 LSF를 생성한다. 여기서 LSF란, 선 광원의 확산을 나타내는 함수로써, 점 광원의 확산을 나타내는 PSF 에 대응되는 개념이다.
도 6에서 점 감마선원을 이용하는 경우와 비교하면, 선형 감마선원을 이용하는 경우에는 z축 방향으로 반복 측정의 필요성이 상실된다. 예를 들어, 점 감마선원을 이용하는 경우 한 x-y 평면당 40개의 복셀에 대하여 PSF를 생성하고, z축 방향으로 이동하면서 40번 반복 측정을 통해 총 1600개의 복셀에 해당하는 PSF를 생성하였다면, 선형 감마선원을 이용하는 경우 x-y 평면 상의 40개의 복셀을 지나며 동시에 z축에 평행한 40개의 직선에 대하여 LSF가 생성됨에 따라, z 축 방향으로 반복 측정의 필요성이 상실된다. 따라서, 점 감마선원을 이용하는 경우와 비교하여 선형 감마선원을 이용하는 경우 총 신호 획득에 필요한 시간은 1/40으로 감소한다.
다시 도 4로 돌아오면, 신호 획득부(42)는 제어부(41)에 의해 변경된 선형 감마선원의 위치 각각에 대하여 선형 감마선원으로부터 방출되는 신호를 획득한다. 예를 들어 신호 획득부(42)는 제 1 위치에 선형 감마선원이 위치하였을 때 선형 감마선원으로부터 방출된 제 1 신호를 획득하고, 제 2 위치에 선형 감마선원이 위치하였을 때 선형 감마선원으로부터 방출된 제 2 신호를 획득하는 방법으로, 선형 감마선원의 위치들 각각에 대하여 선형 감마선원으로부터 방출되는 신호를 획득한다.
LSF 생성부(43)는 변경된 위치들 각각에 대하여 획득된 신호를 이용하여, 위치들 각각에 대응되는 직선(line)에 대한 LSF(line spread function)을 생성한다. 예를 들어 LSF 생성부(43)는 제 1 위치에 대하여 획득된 제 1 신호를 이용하여, 제 1 위치에 대응되는 제 1 직선에 대한 LSF를 생성한다. 여기서 감마선원은 선형이기 때문에, 제 1 위치에 놓인 선형 감마선원을 연장한 직선이, 제 1 위치에 대응되는 제 1 직선이다. 마찬가지로, 제 2 위치에 놓인 선형 감마선원을 연장한 직선은, 제 2 위치에 대응되는 제 2 직선이다.
분리부(44)는 직선들 각각에 대한 LSF를 직선들 각각에 포함되는 적어도 하나의 복셀들 각각에 대한 PSF(point spread function)로 분리한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 선형 감마선원(81)은 감마선원이 직선 상에 연속적으로 놓임에 따라 생성될 수 있을 뿐 아니라, 복수 개의 점 감마선원 (point source)이 직선(981) 상에 불연속적으로 나열됨에 따라 생성될 수 있다. 또한, 복수 개의 점 감마선원은 일정한 간격을 두고 규칙적으로 나열될 수 있다.
복수 개의 점 감마선원들의 간격은 LSF의 피크들의 간격에 영향을 미친다. 예를 들어, 복수 개의 점 감마선원들의 간격이 점점 더 멀어질수록 LSF의 피크들의 간격이 멀어질 수 있다. 또한, LSF의 피크들의 간격이 멀어질수록 분리부(44)에 의하여 피크들이 좀 더 용이하게 검출 및 분리될 수 있다. 따라서, 복수 개의 점 감마선원의 간격은 분리부(44)의 피크 검출 및 분리 용이성, 블러 모델에 요구되는 정확도, 적용 대상 스캐너의 검출기 배치 간격 등의 요인에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
블러 모델 생성부(45)는 적어도 하나의 복셀들 각각에 대한 PSF로부터 검출기(110)의 블러 모델을 생성한다. 예를 들어 블러 모델 생성부(45)는 분리부(44)에 의해 생성된 복수 개의 복셀에 대한 PSF로부터 검출기(110)의 블러 모델을 생성한다.
일부 복셀에 대한 PSF를 구하고 이로부터 다른 복셀에 대한 PSF를 추정하는 방법의 예로는 제 1 위치의 PSF와 제 2 위치의 PSF에 가중치를 주어 제 1 위치와 제 2 위치의 사이에 있는 제 3 위치의 PSF를 추정하는 보간법이 있다. 또 다른 예로는, 동일한 PSF를 갖는 서로 다른 복셀들이 있는 경우, 그 중 하나의 복셀에 대한 PSF를 생성하여 나머지 복셀들에 대한 PSF 생성 과정을 생략할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 모든 복셀에서의 PSF 측정이 현실적으로 어렵기 때문에, 제 1 복셀 및 제 2 복셀에 대한 PSF를 측정한 후 제 1 복셀과 제 2 복셀의 사이에 위치하는 제 3 복셀의 PSF를 추정하는 보간법의 예를 들면, 블러 모델 생성부(45)는 제 1 복셀의 PSF와 제 2 복셀의 PSF에 가중치를 주어 제 3 복셀의 PSF를 추정하는 방식의 보간법을 이용할 수 있다. 이에 따라 블러 모델 생성부(45)는 적어도 하나의 복셀들 각각에 대한 PSF로부터 보간법을 이용하여 검출기(110)의 블러 모델을 생성한다.
검출기의 구조상 제 1 복셀과 제 2 복셀의 PSF가 서로 동일하거나 대칭을 이루어, 그 중 한 복셀의 PSF로부터 다른 복셀의 PSF 추정이 가능한 경우의 예를 들어 설명하면, 블러 모델 생성부(45)는 분리부(44)로부터 획득한 제 1 복셀에 대한 PSF로부터, 제 2 복셀에 대한 PSF를 추정하는 방법을 이용할 수 있다. 이에 따라 블러 모델 생성부(45)는 적어도 하나의 복셀들 각각에 대한 PSF로부터 검출기(110)의 블러 모델을 생성한다.
위와 같은 예에 따라, 블러 모델 생성부(45)는 분리부(44)에 의해 생성된 복수 개의 복셀에 대한 PSF로부터 검출기(110)의 모든 복셀에 대한 PSF를 생성함으로써 검출기(110)의 블러 모델을 생성할 수 있다. 또는 블러 모델 생성부(45)는 분리부(44)에 의해 생성된 복수 개의 복셀에 대한 PSF로부터 검출기(110)의 다른 일부 복셀에 대한 PSF만을 생성함으로써 검출기(110)의 블러 모델을 생성할 수 있다. 이 경우, 생성된 블러 모델에는 일부 복셀에 대한 PSF 정보가 누락되어 있다. 그러하기에, 후에 블러 모델을 이용하여 영상을 생성하는 경우에 그러한 영상을 생성하는 장치는 검출기(110)의 블러 모델에 포함된 PSF로부터, 누락된 복셀에 대한 PSF를 추정하여 검출기(110)의 전체 복셀에 대한 PSF 정보를 얻을 수 있을 것이다.
블러 모델 생성부(45)에 의해 생성된 검출기(110)의 블러 모델은 저장 장치(500)로 전송될 수 있다. 또한 블러 모델 생성부(45)는 검출기(110)의 복셀에 대한 PSF를 파라미터화 하여 검출기(110)의 블러 모델을 생성할 수도 있음은 앞서 설명한 바와 같다. 이 때 블러 모델 생성부(45)에 의해 생성되는 블러 모델의 용량은, 블러 모델이 파라미터화 됨에 따라 현저히 저감된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 의료 영상을 생성하는 영상 생성부(50)의 구성도이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 도 1의 의료 영상 생성 장치를 이용하여 환자의 신체 단면에 대한 영상을 생성할 수 있을 뿐 아니라, 그러한 영상 생성에 사용되는 검출기(110)의 블러 모델을 미리 생성할 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다. 도 1의 의료 영상 생성 장치를 이용하여 환자의 신체 단면에 대한 영상을 생성하는 경우, 도 1의 컴퓨터(200)는 도 5의 영상 생성부(50)를 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 영상 생성부(50)는 제 1 영상 생성부(51) 및 제 2 영상 생성부(52)를 포함한다. 제 2 영상 생성부(52)는 저장 장치(500)로부터 블러 모델을 획득하여 제 2 영상을 생성하는 데 이용할 수 있다. 또는 제 2 영상 생성부(52)는 저장 장치(500)로부터 파라미터화된 블러 모델을 획득하여 제 2 영상을 생성하는 데 이용할 수 있다.
제 1 영상 생성부(51)는 대상체 내에 주입된 추적자로부터 방출되는 신호를 검출하여 대상체에 대한 제 1 영상을 생성한다. 예를 들어, 도 1의 신호 검출 장치(100)는 환자의 신체에 주입된 양전자 방출 물질로부터 방출된 양전자가 주변의 전자와 결합하여 방출하는 두 개의 감마선을 검출한다. 신호 검출 장치(100)는 검출한 감마선에 대한 LOR 데이터를 영상 생성부(50)에 전송한다. 제 1 영상 생성부(51)는 신호 검출장치(100)로부터 신호를 획득하고, 획득한 신호로부터 추적자의 위치를 추정하고, 이를 기초로 대상체 내에서 추적자의 위치를 나타내는 대상체에 대한 제 1 영상을 생성한다.
제 2 영상 생성부(52)는 제 1 영상 생성부(51)에 의해 생성된 제 1 영상에 블러 모델을 적용하여 제 2 영상을 생성한다. 예를 들어 제 2 영상 생성부(52)는 제 1 영상 생성부(51)에 의해 생성된 제 1 영상에, 저장 장치(500)로부터 획득한 검출기(110)의 블러 모델을 적용하여 제 2 영상을 생성한다. 저장 장치(500)에 저장된 블러 모델은 도 4의 블러 모델 생성 장치(40)에 의해 생성되고 저장된 블러 모델일 수 있다.
이에 따라, 제 1 영상은 블러가 포함된 저해상도 영상이고, 제 2 영상은 검출기(110)에 대한 블러 모델을 적용함으로써 제 1 영상의 블러가 제거된 고해상도 영상일 수 있다.
예를 들어, 제 2 영상 생성부(1102)는 EM(expectation maximization) 알고리즘을 사용하여 제 2 영상을 생성할 수 있다. EM 알고리즘은, 반복적 계산을 통하여 정확한 고해상도 영상에 근접하는 방식으로써, 이를 아래의 수학식 1로 나타내었다.
위 수학식 1에서 j는 검출기(110) 내에서의 위치를 나타내는 복셀 좌표이고, i는 LOR 데이터의 종류를 나타내고, k는 알고리즘이 반복되는 횟수를 나타낸다. 이에 따라 수학식 1의 n_j^k는 알고리즘이 k번 반복되었을 때 검출기(110) 내의 복셀 j에 대한 픽셀 출력값이고, a_ij는 복셀 j에서 감마선이 방출되었을 때 LOR i가 검출될 확률을 나타내는 값으로, 블러 모델로부터 계산될 수 있다. m_i는 LOR i가 검출된 횟수이고, q_i^k는 아래의 수학식 2에 따라 a_ij 및 n_j^k로부터 계산된다.
또한, 앞서 설명하지 않은 사항이라도 본 발명이 속하는 분야의 기술자라면 EM 알고리즘 및 블러 모델 적용 방법에 대하여 알 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 블러 모델 생성 방법의 흐름도이다. 도 10을 참조하면, 101 단계에서 제어부(41)는 3차원 검출기의 검출 공간 내에서 선형 감마선원(line source)의 위치를 변경한다. 102 단계에서 신호 획득부(42)는 제어부(41)에 의해 변경된 선형 감마선원의 위치에 대하여 선형 감마선원으로부터 방출되는 신호를 소정 시간동안 획득한다. 103 단계에서 LSF 생성부(43)는 신호 획득부(42)에 의해 획득된 신호를 피팅하여 각 신호가 획득된 위치에 대응되는 직선(line)에 대한 LSF(line spread function)을 생성한다. 104 단계에서 분리부(44)는 LSF 생성부(43)에 의해 생성된 직선에 대한 LSF를 직선에 포함되는 적어도 하나의 복셀들 각각에 대한 PSF(point spread function)로 분리한다.
105 단계에서 블러 모델 생성 장치(40)는 다른 위치에서도 블러 정보를 측정해야 하는지 결정하고, 다른 위치에서도 측정할 필요성이 있다고 인정되면 101 단계로 돌아가고, 그렇지 않으면 106 단계로 진행한다. 106 단계에서 블러 모델 생성부(45)는 분리부(44)에 의해 생성된 적어도 하나의 복셀들 각각에 대한 PSF로부터 검출기(110)의 블러 모델을 생성한다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 의료 영상 생성 방법의 흐름도이다. 도 11을 참조하면, 111 단계에서 제 1 영상 생성부(51)는 대상체 내에 주입된 추적자로부터 방출된 신호를 검출하여 대상체에 대한 제 1 영상을 생성한다. 112 단계에서 제 2 영상 생성부(52)는 제 1 영상 생성부(51)에 의해 생성된 제 1 영상에 검출기(110)의 블러 모델을 적용하여 제 2 영상을 생성한다. 이 때 블러 모델은 도 10의 블러 모델 생성 방법에 따라 생성된 검출기(110)에 대한 블러 모델일 수 있다.
상기된 바와 같은 실시예들에 따르면, 대상체에 대하여 양전자 방출 단층 촬영을 통해 영상을 생성하는 방법에 있어서, 검출기(110)에 대한 블러 모델을 생성하고, 생성된 블러 모델을 영상 생성 장치에 적용함에 따라 고해상도의 영상을 생성할 수 있다. 이러한 블러 모델을 생성하기 위해서 종래에는 점 감마선원을 이용하여 복셀의 PSF를 생성하는 방법이 사용되었다. 각각의 복셀에 직접 점 감마선원을 위치하여 정확한 복셀의 PSF가 생성된다는 장점이 있으나, 점 감마선원의 위치를 변경하면서 PSF 생성을 반복하는 데에 많은 시간이 소요되는 단점이 있었다.
그러나 상기된 본 발명의 실시예들에서는 선형 감마선원을 이용하기 때문에 선형 감마선원으로부터 측정된 LSF 를 분리하여 선형 감마선원이 놓인 위치에 있는 복수 개의 복셀들에 대한 PSF를 생성한다. 이에 따라 점 감마선원을 직선 방향으로 이동시키며 PSF 생성 과정을 반복할 필요성이 상실된다. 예를 들어, 선형 감마선원을 z 축 방향과 평행하게 위치한 경우, 점 감마선원을 z축 방향으로 이동시키며 PSF 생성 과정을 반복할 필요성이 상실된다. 그러하기에 블러 모델을 생성하기 위하여 많은 시간이 소요되는 단점이 극복되고 결과적으로 빠른 시간 내에 블러 모델을 생성할 수 있게 된다.
예를 들어, 기존에 축 방향으로 점 감마선원을 이동시키면서 40번 반복 측정을 하였다면, 점 감마선원을 이용하는 경우 총 측정 시간이 1/40배로 저감된다. 이에 따라, 기존에는 검출기에 대한 블러 모델이 제품 출시 전에 미리 생성되어, 의료 영상 촬영 장치의 메모리에 저장된 채로 판매가 되었다. 그러나 선형 감마선원을 이용함으로써 블러 모델 측정 시간이 감소함에 따라, 제품이 판매된 후에라도 사용자는 따로 시간을 투자하여 검출기에 대한 블러 모델을 새로이 갱신할 수 있는 장점이 있다.
또한, 사용자는 감마선원의 위치를 설정함에 있어서, 변경되는 위치 간의 간격을 미리 설정하거나, 선형 감마선원에 포함되는 점 감마선원들의 간격을 미리 설정하거나, 그 외의 조절 인자를 입력하기 위하여 사용자 입력장치(400)를 사용할 수 있다. 이를 이용하여 영상 및 블러 모델의 품질과 프로세서의 연산 로드 또는 연산 시간 사이에서의 트레이드오프 관계에서 사용자가 원하는 품질의 영상 및 블러 모델을 생성할 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 블러 모델 생성 방법과 도 5에 도시된 영상 생성 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 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, 하드 디스크, 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
신호 검출 장치(100) 검출기(110)
컴퓨터(200) 디스플레이 장치(300)
사용자 입력장치(400) 저장장치(500)
블러 모델 생성 장치(40) 제어부(41)
신호 획득부(42) LSF 생성부(43)
분리부(44) 블러 모델 생성부(45)
영상 생성부(50) 제 1 영상 생성부(51)
제 2 영상 생성부(52)
컴퓨터(200) 디스플레이 장치(300)
사용자 입력장치(400) 저장장치(500)
블러 모델 생성 장치(40) 제어부(41)
신호 획득부(42) LSF 생성부(43)
분리부(44) 블러 모델 생성부(45)
영상 생성부(50) 제 1 영상 생성부(51)
제 2 영상 생성부(52)
Claims (21)
- 의료 영상을 재구성하기 위한 의료 영상 촬영 장치의 검출기의 블러 모델을 생성하는 방법에 있어서,
3차원 검출기의 검출 공간 내에서 선형 감마선원(line source)의 위치를 변경하면서, 상기 변경된 위치들 각각에 대하여 상기 선형 감마선원으로부터 방출되는 신호를 획득하는 단계;
상기 위치들 각각에 대하여 획득된 신호를 이용하여, 상기 위치들 각각에 대응되는 직선(line)에 대한 LSF(line spread function)을 생성하는 단계;
상기 직선들 각각에 대한 LSF를 상기 직선들 각각에 포함되는 적어도 하나의 복셀들 각각에 대한 PSF(point spread function)로 분리하는 단계; 및
상기 적어도 하나의 복셀들 각각에 대한 PSF로부터 상기 검출기의 블러 모델을 생성하는 단계를 포함하는 블러 모델 생성 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 선형 감마선원은 복수 개의 점 감마선원 (point source)을 포함하는 것을 특징으로 하는 블러 모델 생성 방법. - 제 2 항에 있어서 상기 복수 개의 점 감마선원은 일정한 간격으로 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 블러 모델 생성 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 분리하는 단계는 상기 직선들 각각에 대한 LSF를 복수 개의 함수의 합으로 피팅(fitting)하는 단계를 포함하고,
상기 복수 개의 함수들 각각은 상기 적어도 하나의 복셀에 대한 PSF인 것을 특징으로 하는 블러 모델 생성 방법. - 제 4 항에 있어서
상기 함수는 가우시안(Gaussian) 함수인 것을 특징으로 하는 블러 모델 생성 방법. - 제 4 항에 있어서
상기 분리된 PSF에 대응되는 함수를 표현할 수 있는 파라미터를 산출하는 단계를 더 포함하고,
상기 블러 모델을 생성하는 단계는 상기 적어도 하나의 복셀에 대한 파라미터로부터 상기 검출기의 블러 모델을 생성하는 블러 모델 생성 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 선형 감마선원은 적어도 두 개이고, 상기 적어도 두 개의 선형 감마선원들은 서로 평행하게 위치하는 것을 특징으로 하는 블러 모델 생성 방법. - 고해상도의 의료 영상을 생성하는 방법에 있어서,
3차원 검출기의 검출 공간 내에서 선형 감마선원(line source)의 위치를 변경하면서, 상기 변경된 위치들 각각에 대하여 상기 선형 감마선원으로부터 방출되는 신호를 획득하는 단계;
상기 위치들 각각에 대하여 획득된 신호를 이용하여, 상기 위치들 각각에 대응되는 직선(line)에 대한 LSF(line spread function)을 생성하는 단계;
상기 직선들 각각에 대한 LSF를 상기 직선들 각각에 포함되는 적어도 하나의 복셀들 각각에 대한 PSF(point spread function)로 분리하는 단계;
상기 적어도 하나의 복셀들 각각에 대한 PSF로부터 상기 검출기의 블러 모델을 생성하는 단계;
대상체 내에 주입된 추적자로부터 방출되는 신호를 검출하여 대상체에 대한 제 1 영상을 생성하는 단계; 및
상기 생성된 제 1 영상에 상기 생성된 블러 모델을 적용하여 제 2 영상을 생성하는 단계를 포함하는 의료 영상 생성 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 2 영상은 제 1 영상보다 고해상도 영상인 의료 영상 생성 방법. - 제 8항에 있어서,
상기 제 2 영상을 생성하는 단계는 EM(expectation maximization) 알고리즘을 사용하는 의료 영상 생성 방법. - 의료 영상을 재구성하기 위한 의료 영상 촬영 장치의 검출기의 블러 모델을 생성하는 장치에 있어서,
3차원 검출기의 검출 공간 내에서 선형 감마선원(line source)의 위치를 변경하면서, 상기 변경된 위치들 각각에 대하여 상기 선형 감마선원으로부터 방출되는 신호를 획득하는 신호 획득부;
상기 위치들 각각에 대하여 획득된 신호를 이용하여, 상기 위치들 각각에 대응되는 직선(line)에 대한 LSF(line spread function)을 생성하는 LSF 생성부;
상기 직선들 각각에 대한 LSF를 상기 직선들 각각에 포함되는 적어도 하나의 복셀들 각각에 대한 PSF(point spread function)로 분리하는 분리부; 및
상기 적어도 하나의 복셀들 각각에 대한 PSF로부터 상기 검출기의 블러 모델을 생성하는 블러 모델 생성부를 포함하는 블러 모델 생성 장치. - 제 11 항에 있어서,
상기 선형 감마선원은 복수 개의 점 감마선원 (point source)을 포함하는 것을 특징으로 하는 블러 모델 생성 장치. - 제 12 항에 있어서 상기 복수 개의 점 감마선원은 일정한 간격으로 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 블러 모델 생성 장치.
- 제 11 항에 있어서 상기 분리부는
상기 직선들 각각에 대한 LSF를 복수 개의 함수의 합으로 피팅하는 피팅부를 포함하고,
상기 복수 개의 함수들 각각은 상기 적어도 하나의 복셀에 대한 PSF인 것을 특징으로 하는 블러 모델 생성 장치. - 제 14 항에 있어서
상기 함수는 가우시안(Gaussian) 함수인 것을 특징으로 하는 블러 모델 생성 장치. - 제 14 항에 있어서
상기 분리된 PSF에 대응되는 함수를 표현할 수 있는 파라미터를 산출하는 파라미터 산출부를 더 포함하고,
상기 블러 모델 생성부는 상기 적어도 하나의 복셀에 대한 파라미터로부터 상기 검출기의 블러 모델을 생성하는 블러 모델 생성 장치. - 제 11 항에 있어서,
상기 선형 감마선원은 적어도 두 개이고, 상기 적어도 두 개의 선형 감마선원들은 서로 평행하게 위치하는 것을 특징으로 하는 블러 모델 생성 장치. - 고해상도의 의료 영상을 생성하는 장치에 있어서,
3차원 검출기의 검출 공간 내에서 선형 감마선원(line source)의 위치를 변경하면서, 상기 변경된 위치들 각각에 대하여 상기 선형 감마선원으로부터 방출되는 신호를 획득하는 신호 획득부;
상기 위치들 각각에 대하여 획득된 신호를 이용하여, 상기 위치들 각각에 대응되는 직선(line)에 대한 LSF(line spread function)을 생성하는 LSF 생성부;
상기 직선들 각각에 대한 LSF를 상기 직선들 각각에 포함되는 적어도 하나의 복셀들 각각에 대한 PSF(point spread function)로 분리하는 분리부;
상기 적어도 하나의 복셀들 각각에 대한 PSF로부터 상기 검출기의 블러 모델을 생성하는 블러 모델 생성부;
대상체 내에 주입된 추적자로부터 방출되는 신호를 검출하여 대상체에 대한 제 1 영상을 생성하는 제 1 영상 생성부; 및
상기 생성된 제 1 영상에 상기 생성된 블러 모델을 적용하여 제 2 영상을 생성하는 제 2 영상 생성부를 포함하는 의료 영상 생성 장치. - 제 18 항에 있어서,
상기 제 2 영상은 제 1 영상보다 고해상도 영상인 의료 영상 생성 장치. - 제 18항에 있어서,
상기 제 2 영상을 생성하는 단계는 EM(expectation maximization) 알고리즘을 사용하는 의료 영상 생성 장치. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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| KR1020120090899A KR102020531B1 (ko) | 2012-08-20 | 2012-08-20 | 선형 감마선원을 이용하여 고해상도의 ｐｅｔ(양전자 방출 단층 촬영) 영상을 생성하는 방법 및 장치 |
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| WO2017014406A1 (ko) * | 2015-07-17 | 2017-01-26 | 삼성전자 주식회사 | 단층 촬영 장치 및 그에 따른 단층 영상 처리 방법 |
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