단층 영상 장치 및 그에 따른 단층 영상 복원 방법{TOMOGRAPHY APPARATUS AND METHOD FOR RECONSTRUCTING A TOMOGRAPHY IMAGE THEREOF}
본원 발명은 단층 영상 장치 및 그에 따른 단층 영상 복원 방법에 관한 것이다.
의료 영상 장치는 대상체의 내부 구조를 영상으로 획득하기 위한 장비이다. 의료 영상 처리 장치는 비침습 검사 장치로서, 신체 내의 구조적 세부사항, 내부 조직 및 유체의 흐름 등을 촬영 및 처리하여 사용자에게 보여준다. 의사 등의 사용자는 의료 영상 처리 장치에서 출력되는 의료 영상을 이용하여 환자의 건강 상태 및 질병을 진단할 수 있다.
환자에게 엑스레이를 조사하여 대상체를 촬영하기 위한 장치로는 대표적으로 컴퓨터 단층 촬영(CT: Computed Tomography) 장치가 있다.
의료 영상 처리 장치 중 단층 영상 장치인 컴퓨터 단층 촬영(CT) 장치는 대상체에 대한 단면 영상을 제공할 수 있고, 일반적인 엑스레이 장치에 비하여 대상체의 내부 구조(예컨대, 신장, 폐 등의 장기 등)가 겹치지 않게 표현할 수 있다는 장점이 있어서, 질병의 정밀한 진단을 위하여 널리 이용된다. 이하에서는 단층 영상 장치에 의해서 획득된 의료 영상을 단층 영상이라 한다. 또한, 컴퓨터 단층 촬영(CT) 장치에 의해서 획득된 의료 영상을 CT 영상이라 한다.
단층 영상을 획득하는데 있어서, 단층 영상 장치를 이용하여 대상체에 대한 단층 촬영을 수행하여, 로 데이터(raw data)를 획득한다. 그리고, 획득된 로 데이터를 이용하여 단층 영상을 복원(reconstruction)하게 된다. 여기서, 로 데이터는 엑스레이를 대상체로 조사(projection)하여 획득된 프로젝션 데이터(projection data) 또는 프로젝션 데이터의 집합인 사이노그램(sinogram)이 될 수 있다.
예를 들어, 단층 영상을 획득하기 위해서는 단층 촬영으로 획득된 사이노그램을 이용하여 영상 재구성의 동작을 수행하여야 한다. 단층 영상의 복원 동작은 이하에서 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 CT 영상 촬영 및 복원 동작을 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 도 1의 (a)는 대상체(25)를 중심으로 회전하며 CT 촬영을 수행하고, 그에 대응되는 로 데이터를 획득하는 컴퓨터 단층 영상 장치의 CT 촬영 동작을 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 1의 (b)는 CT 촬영에 의해서 획득된 사이노그램 및 복원 CT 영상을 설명하기 위한 도면이다.
컴퓨터 단층 영상 장치는 엑스레이(X-ray)를 생성하여 대상체로 조사하고, 대상체를 통과한 엑스레이를 엑스레이 검출부(detector)(미도시)에서 감지한다. 그리고 엑스레이 검출부(미도시)는 감지된 엑스레이에 대응되는 로 데이터를 생성한다.
구체적으로, 도 1의 (a)를 참조하면, 컴퓨터 단층 영상 장치에 포함되는 X-ray 생성부(20)는 대상체(25)로 엑스레이를 조사한다. 컴퓨터 단층 영상 장치가 CT 촬영을 하는데 있어서, X-ray 생성부(20)는 대상체를 중심으로 회전하며, 회전된 각도에 대응되는 복수개의 로 데이터(30, 31, 32)를 획득한다. 구체적으로, P1 위치에서 대상체로 인가된 엑스레이를 감지하여 제1 로 데이터(30)를 획득하고, P2 위치에서 대상체로 인가된 스레이를 감지하여 제2 로 데이터(31)를 획득한다. 그리고, P3 위치에서 대상체로 인가된 엑스레이를 감지하여 제3 로 데이터(32)를 획득한다. 여기서, 제1 로 데이터(30), 제2 로 데이터(31) 및 제3 로 데이터(32) 각각은 하나의 뷰(view)에서 대상체(25)로 엑스레이를 조사하여 획득한 프로젝션 데이터(projection data)가 될 수 있다.
하나의 단면 CT 영상을 생성하기 위해서는 X-ray 생성부(20)가 최소 180 도 이상 회전하며 CT 촬영을 수행하여야 한다.
도 1의 (b)를 참조하면, 도 1의 (a)에서 설명한 바와 같이 X-ray 생성부(20)를 소정의 각도 간격마다 이동시켜가며 획득된 복수개의 프로젝션 데이터들(30, 31, 32)을 조합하여 하나의 사이노그램(sinogram)(40)을 획득할 수 있다. 사이노그램(40)은 X-ray 생성부(20)가 한주기 회전하며 CT 촬영을 하여 획득된 사이노그램으로, 한주기 회전에 대응되는 사이노그램(40)은 하나의 단면 CT 영상의 생성에 이용될 수 있다. 한주기 회전은 CT 시스템의 사양에 따라서 대략 반바퀴 이상 또는 한바퀴 이상이 될 수 있다.
그리고, 사이노그램(40)을 필터링한 후에 역투영(Filtered back-projection)하여 CT 영상(50)을 복원한다.
복원된 CT 영상(50)에는 다양한 종류의 아티팩트(artifact)가 존재할 수 있다. CT 영상(50) 내에 발상한 아티팩트는 CT 영상의 화질을 저하시켜 의사 등의 사용자가 영상을 판독하여 질병을 진단하는데 있어서, 판독 및 진단의 정확성을 저하시킨다.
따라서, 아티팩트가 최소화된 CT 영상을 복원하는 것이 무엇보다 중요하다.
본원 발명은 복원된 단층 영상 내에 발생하는 아티팩트를 감소시킬 수 있는 단층 영상 장치 및 그에 따른 단층 영상 복원 방법의 제공을 목적으로 한다.
구체적으로, 본원 발명은 절반 복원 방식에 의한 단층 영상 복원 시 발생 가능한 부분 스캔 아티팩트(partial scan artifact)를 감소시킬 수 있는 단층 영상 장치 및 그에 따른 단층 영상 복원 방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 단층 영상 장치는 콘 빔의 형태로 방출되는 엑스레이가 1회전 미만의 한주기 각도 구간을 회전하며 대상체로 조사될 때 그에 대응되어 획득된 단층 데이터를 획득하는 데이터 획득부; 및 상기 한주기 각도 구간에 포함되는 뷰 및 상기 콘 빔에서의 콘 각도(cone angle) 중 적어도 하나에 근거하여 설정되는 가중치를 상기 단층 데이터에 적용하여 획득된 수정 단층 데이터를 이용하여, 단층 영상을 복원하는 영상 복원부를 포함한다.
또한, 상기 영상 복원부는 상기 가중치를 이용하여, 상기 단층 데이터 중 상기 한주기 각도 구간에 포함되는 제1 뷰에서의 데이터 및 상기 제1 뷰와 마주보는 제2 뷰에서의 데이터간의 불일치로 인하여 발생하는 아티팩트를 보상할 수 있다.
또한, 상기 영상 복원부는 상기 불일치를 보상하기 위하여, 상기 한주기 각도 구간에 포함되는 적어도 하나의 뷰에 대응되는 상기 단층 데이터에 상기 가중치를 적용하여 상기 수정 단층 데이터를 획득할 수 있다.
또한, 상기 영상 복원부는 상기 가중치와 상기 단층 데이터를 곱셈 연산하여 상기 수정 단층 데이터를 획득할 수 있다.
또한, 상기 영상 복원부는 상기 콘 각도가 증가할수록, 그리고 상기 한주기 각도 구간을 중심으로 상기 중심에서 멀어지는 뷰 값에 대응될수록, 감소되는 값으로 상기 가중치를 설정할 수 있다.
또한, 상기 가중치는 상기 뷰 및 상기 콘 각도에 근거하여 설정되며, 상기 한주기 각도 구간을 중심으로 상기 중심에서 멀어지는 뷰 값에 대응될수록, 그리고 상기 콘 각도의 절대 값이 증가할수록, 감소될 수 있다.
또한, 상기 가중치는 상기 뷰에 근거하여 설정되며, 상기 한주기 각도 구간을 중심으로 상기 중심에서 멀어지는 뷰 값에 대응될수록, 감소될 수 있다.
또한, 상기 가중치는 상기 콘 각도에 근거하여 설정되며, 상기 콘 각도가 증가할수록 감소될 수 있다.
또한, 상기 가중치는 소정 콘 각도에 대응되는 상기 단층 데이터에 있어서, 상기 한주기 각도 구간에 포함되는 제1 뷰에서의 데이터 및 상기 제1 뷰와 마주보는 제2 뷰에서의 데이터가 불일치 하는 정도에 반비례하는 값으로 설정될 수 있다.
또한, 상기 가중치는 상기 대상체를 투과한 엑스레이를 디텍터 어레이가 감지할 때, 상기 콘 각도에 대응되는 상기 디텍터 어레이의 슬라이스의 위치에 근거하여 설정될 수 있다.
또한, 상기 영상 복원부는 상기 단층 데이터가 한주기 각도 구간에 포함되는 복수개의 뷰에 대응되는 복수개의 프로젝션 데이터를 포함할 때, 상기 복수개의 프로젝션 데이터 각각에 상기 가중치를 적용하여 획득된 복수개의 수정 프로젝션 데이터를 역투영(back-projection) 또는 여과 역투영(filtered back-projection)하여 상기 단층 영상을 복원할 수 있다.
또한, 상기 영상 복원부는 상기 한주기 각도 구간의 중간 구간에 대응되는 적어도 하나의 뷰에서 획득된 적어도 하나의 프로젝션 데이터에 적용되는 가중치의 값을 상기 중간 이외의 구간에 대응되는 적어도 하나의 뷰에서 획득된 적어도 하나의 프로젝션 데이터에 적용되는 가중치의 값보다 큰 값으로 설정할 수 있다.
또한, 상기 한주기 각도 구간은 180도 이상 360도 미만의 값을 가질 수 있다. 그리고, 상기 단층 데이터는 상기 한주기 각도 구간에 포함되는 복수개의 뷰에 대응되는 복수개의 프로젝션 데이터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 영상 복원부는 상기 수정 단층 데이터를 이용하여 복수개의 슬라이스에 대응되는 복수개의 슬라이스 별 단층 영상들을 복원할 수 있다. 그리고, 상기 복수개의 슬라이스 별 단층 영상들의 노이즈 특성은 서로 상이할 수 있다.
또한, 데이터 획득부는 상기 콘 빔이 한주기 각도 구간을 회전하며 상기 대상체로 조사될 때, 멀티 슬라이스 영상의 복원에 이용되는 상기 단층 데이터를 획득할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 단층 영상 복원 방법은 콘 빔의 형태로 방출되는 엑스레이가 1회전 미만의 한주기 각도 구간을 회전하며 대상체로 조사될 때, 그에 대응되어 단층 데이터를 획득하는 단계; 상기 한주기 각도 구간에 포함되는 뷰 및 상기 콘 빔에서의 콘 각도(cone angle) 중 적어도 하나에 근거하여 설정되는 가중치를 획득하는 단계; 및 상기 가중치를 상기 단층 데이터에 적용하여 획득된 수정 단층 데이터를 이용하여, 단층 영상을 복원하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 단층 영상을 복원하는 단계는 상기 가중치를 이용하여, 상기 단층 데이터 중 상기 한주기 각도 구간에 포함되는 제1 뷰에서의 데이터 및 상기 제1 뷰와 마주보는 제2 뷰에서의 데이터간의 불일치로 인하여 발생하는 아티팩트가 보상된 상기 단층 영상을 복원하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 단층 영상을 복원하는 단계는 상기 불일치를 보상하기 위하여, 상기 한주기 각도 구간에 포함되는 적어도 하나의 뷰에 대응되는 상기 단층 데이터에 상기 가중치를 적용하여 상기 수정 단층 데이터를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 단층 영상을 복원하는 단계는 상기 가중치와 상기 단층 데이터를 곱셈 연산하여 상기 수정 단층 데이터를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 가중치를 획득하는 단계는 상기 콘 각도가 증가할수록, 그리고 상기 한주기 각도 구간을 중심으로 상기 중심에서 멀어지는 뷰 값에 대응될수록, 감소되는 값으로 상기 가중치를 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 가중치는 상기 뷰 및 상기 콘 각도에 근거하여 설정되며, 상기 한주기 각도 구간을 중심으로 상기 중심에서 멀어지는 뷰 값에 대응될수록, 그리고 상기 콘 각도의 절대 값이 증가할수록, 감소될 수 있다.
또한, 상기 가중치는 상기 뷰에 근거하여 설정되며, 상기 한주기 각도 구간을 중심으로 상기 중심에서 멀어지는 뷰 값에 대응될수록, 감소될 수 있다.
또한, 상기 가중치는 상기 콘 각도에 근거하여 설정되며, 상기 콘 각도가 증가할수록 감소될 수 있다.
또한, 상기 가중치는 소정 콘 각도에 대응되는 상기 단층 데이터에 있어서, 상기 한주기 각도 구간에 포함되는 제1 뷰에서의 데이터 및 상기 제1 뷰와 마주보는 제2 뷰에서의 데이터가 불일치 하는 정도에 반비례하는 값으로 설정될 수 있다.
또한, 상기 가중치는 상기 대상체를 투과한 엑스레이를 디텍터 어레이가 감지할 때, 상기 콘 각도에 대응되는 상기 디텍터 어레이의 슬라이스의 위치에 근거하여 설정될 수 있다.
또한, 단층 영상을 복원하는 단계는 상기 단층 데이터가 한주기 각도 구간에 포함되는 복수개의 뷰에 대응되는 복수개의 프로젝션 데이터를 포함할 때, 상기 복수개의 프로젝션 데이터 각각에 상기 뷰 별로 설정되는 상기 가중치를 적용하여 획득된 복수개의 수정 프로젝션 데이터를 역투영(back-projection) 또는 여과 역투영(filtered back-projection)하여 상기 단층 영상을 복원하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 가중치를 획득하는 단계는 상기 한주기 각도 구간의 중간 구간에 대응되는 적어도 하나의 뷰에서 획득된 적어도 하나의 프로젝션 데이터에 적용되는 가중치의 값을 상기 중간 이외의 구간에 대응되는 적어도 하나의 뷰에서 획득된 적어도 하나의 프로젝션 데이터에 적용되는 가중치의 값보다 큰 값으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 한주기 각도 구간은 180도 이상 360도 미만의 값을 가지며, 상기 단층 데이터는 상기 한주기 각도 구간에 포함되는 복수개의 뷰에 대응되는 복수개의 프로젝션 데이터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 단층 영상을 복원하는 단계는 상기 수정 단층 데이터를 이용하여 복수개의 슬라이스에 대응되는 복수개의 슬라이스 별 단층 영상들을 복원하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 복수개의 슬라이스 별 단층 영상들의 노이즈 특성은 서로 상이할 수 있다.
또한, 상기 단층 데이터를 획득하는 단계는 상기 콘 빔이 한주기 각도 구간을 회전하며 상기 대상체로 조사될 때, 멀티 슬라이스 영상의 복원에 이용되는 상기 단층 데이터를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 CT 영상 촬영 및 복원 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일반적인 CT 시스템(100)의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 CT 시스템(100)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 통신부의 구성을 도시하는 도면이다.
도 5는 단층 촬영에 적용되는 스캔 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단층 영상 장치를 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단층 영상 장치를 나타내는 블록도이다.
도 8은 절반 복원(half reconstruction)에 따른 단층 영상의 복원을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 대상체로 방출되는 엑스레이의 빔 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 콘 빔을 대상체로 조사하며 단층 촬영을 수행하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 복원된 단층 영상에 존재하는 부분 스캔 아티팩트(partial scan artifact)를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 단층 영상 복원에 적용되는 가중치를 설명하기 위한 일 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 단층 영상 복원에 적용되는 가중치를 설명하기 위한 다른 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 단층 영상 복원에 적용되는 가중치를 설명하기 위한 다른 도면이다.
도 15a 및 15b는 본 발명의 실시예에 따른 단층 영상의 복원 동작을 설명하기 위한 일 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 단층 영상의 복원 동작을 설명하기 위한 다른 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 단층 영상의 복원 방법을 나타내는 플로우차트이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.
본 명세서에서 "영상"은 이산적인 영상 요소들(예를 들어, 2차원 영상에 있어서의 픽셀들 및 3차원 영상에 있어서의 복셀들)로 구성된 다차원(multi-dimensional) 데이터를 의미할 수 있다. 예를 들어, 영상은 단층 영상 장치에 의해 획득된 대상체의 의료 영상 등을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 단층(Tomography) 영상이란, 단층 영상 장치에서 대상체를 단층 촬영하여 획득된 영상으로, 엑스레이 등과 같은 광선을 대상체로 조사한 후 투영된 데이터를 이용하여 이미징된 영상을 의미할 수 있다. 구체적으로, "CT(Computed Tomography) 영상"란 대상체에 대한 적어도 하나의 축을 중심으로 회전하며 대상체를 촬영함으로써 획득된 복수개의 엑스레이 영상들의 합성 영상을 의미할 수 있다.
본 명세서에서 "대상체(object)"는 사람 또는 동물, 또는 사람 또는 동물의 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체는 간, 심장, 자궁, 뇌, 유방, 복부 등의 장기, 및 혈관 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, "대상체"는 팬텀(phantom)을 포함할 수도 있다. 팬텀은 생물의 밀도와 실효 원자 번호에 아주 근사한 부피를 갖는 물질을 의미하는 것으로, 신체와 유사한 성질을 갖는 구형(sphere)의 팬텀을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 "사용자"는 의료 전문가로서 의사, 간호사, 임상 병리사, 의료 영상 전문가 등이 될 수 있으며, 의료 장치를 수리하는 기술자가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
CT 시스템 등과 같은 단층 촬영 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.
구체적으로, 단층 촬영 시스템은 CT(computed Tomography) 장치, OCT(Optical Coherenc Tomography), 또는 PET(positron emission tomography)-CT 장치 등과 같은 모든 단층 영상 장치들을 포함할 수 있다.
이하에서는, 단층 촬영 시스템으로 CT 시스템(100)을 예로 들어 설명한다.
CT 시스템은, 예를 들어, 2mm 두께 이하의 영상데이터를 초당 수십, 수백 회 획득하여 가공함으로써 대상체에 대하여 비교적 정확한 단면 영상을 제공할 수 있다. 종래에는 대상체의 가로 단면만으로 표현된다는 문제점이 있었지만, 다음과 같은 여러 가지 영상 재구성 기법의 등장에 의하여 극복되었다. 3차원 재구성 영상기법들로는 다음과 같은 기법들이 있다.
- SSD(Shade surface display): 초기 3차원 영상기법으로 일정 HU값을 가지는 복셀들만 나타내도록 하는 기법.
- MIP(maximum intensity projection)/MinIP(minimum intensity projection): 영상을 구성하는 복셀 중에서 가장 높은 또는 낮은 HU값을 가지는 것들만 나타내는 3D 기법.
- VR(volume rendering): 영상을 구성하는 복셀들을 관심영역별로 색 및 투과도를 조절할 수 있는 기법.
- 가상내시경(Virtual endoscopy): VR 또는 SSD 기법으로 재구성한 3차원 영상에서 내시경적 관찰이 가능한 기법.
- MPR(multi planar reformation): 다른 단면 영상으로 재구성하는 영상 기법. 사용자가 원하는 방향으로의 자유자제의 재구성이 가능하다.
- Editing: VR에서 관심부위를 보다 쉽게 관찰하도록 주변 복셀들을 정리하는 여러 가지 기법.
- VOI(voxel of interest): 선택 영역만을 VR로 표현하는 기법.
본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영(CT) 시스템(100)은 첨부된 도 2를 참조하여 설명될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 CT 시스템(100)은 다양한 형태의 장치들을 포함할 수 있다.
도 2는 일반적인 CT 시스템(100)의 개략도이다. 도 2를 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 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 CT 시스템(100)의 구조를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 CT 시스템(100)은 갠트리(102), 테이블(105), 제어부(88), 저장부(124), 영상 처리부(126), 입력부(128), 디스플레이부(130), 통신부(132)를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 대상체(10)는 테이블(105) 상에 위치할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 테이블(105)은 소정의 방향(예컨대, 상, 하, 좌, 우 중 적어도 한 방향)으로 이동 가능하고, 제어부(88)에 의하여 움직임이 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 갠트리(102)는 회전 프레임(104), X-ray 생성부(106), X-ray 검출부(108), 회전 구동부(80), 데이터 획득 회로(86), 데이터 송신부(120)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 갠트리(102)는 소정의 회전축(RA; Rotation Axis)에 기초하여 회전 가능한 고리 형태의 회전 프레임(104)을 포함할 수 있다. 또한, 회전 프레임(104)은 디스크의 형태일 수도 있다.
회전 프레임(104)은 소정의 시야 범위(FOV; Field Of View)를 갖도록 각각 대향하여 배치된 적어도 하나의 X-ray 생성부(106) 및 적어도 하나의 X-ray 검출부(108)를 포함할 수 있다. 또한, 회전 프레임(104)은 산란 방지 격자(anti-scatter grid, 114)를 포함할 수 있다. 산란 방지 격자(84)는 X-ray 생성부(106)와 X-ray 검출부(108)의 사이에서 위치할 수 있다. 도 3에서는, 회전 프레임(104)이 하나의 X-ray 생성부(106)를 포함하는 경우를 경우를 예로 들어 도시하였으나, 회전 프레임(104)는 복수개의 X-ray 생성부를 포함할 수 있다. 또한, 회전 프레임(104)는 복수개의 X-ray 생성부를 포함하는 경우, 회전 프레임(104)은 복수개의 X-ray 생성부에 대응되는 복수개의 X-ray 검출부를 포함한다.
구체적으로, 하나의 X-ray 생성부(106)가 하나의 엑스레이 소스(X-ray source)가 된다. 예를 들어, 회전 프레임(104)이 두 개의 X-ray 생성부(106)를 포함하는 경우, 듀얼 소스(dual source)를 포함한다고 할 수 있다. 이하에서는, 회전 프레임(104)이 하나의 X-ray 생성부(106)를 포함하는 경우, 회전 프레임(104) 내에 포함되는 하나의 X-ray 생성부(106)를 '단일 소스'라 하며, 회전 프레임(104)이 두 개의 X-ray 생성부(미도시)를 포함하는 경우, 회전 프레임(104) 내에 포함되는 두 개의 X-ray 생성부(미도시)를 '듀얼 소스'라 할 수 있다. 또한, 듀얼 소스를 형성하는 두 개의 X-ray 생성부에 있어서, 하나의 X-ray 생성부는 제1 소스라 하고, 다른 하나의 X-ray 생성부를 제2 소스라 할 수 있다. 또한, 회전 프레임(104) 내에 하나의 X-ray 생성부(106)가 포함되는 경우의 단층 촬영 시스템(100)을 '단일 소스 단층 영상 장치'라 하고, 회전 프레임(104) 내에 두 개의 X-ray 생성부가 포함되는 경우의 단층 촬영 시스템(100)을 '듀얼 소스 단층 영상 장치'라 할 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 격자를 위치시킬 수 있다.
예를 들어, 산란 방지 격자는, 납 박편의 스트립(strips of lead foil)과, 중공이 없는 폴리머 물질(solid polymer material)이나 중공이 없는 폴리머(solid polymer) 및 섬유 합성 물질(fiber composite material) 등의 공간 충전 물질(interspace material)을 교대로 적층한 형태로 구성될 수 있다. 그러나, 산란 방지 격자의 형태는 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
회전 프레임(104)은 회전 구동부(80)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(80)로부터 구동 신호, 파워를 수신할 수 있다. 또한, 회전 프레임(104)은 무선 통신을 통하여 회전 구동부(80)로부터 구동 신호, 파워를 수신할 수 있다.
X-ray 생성부(106)는 파워 분배부(PDU; Power Distribution Unit, 미도시)에서 슬립 링(미도시)을 거쳐 고전압 생성부(미도시)를 통하여 전압, 전류를 인가 받아 X선을 생성하여 방출할 수 있다. 고전압 생성부가 소정의 전압(이하에서 튜브 전압으로 지칭함)을 인가할 때, X-ray 생성부(106)는 이러한 소정의 튜브 전압에 상응하게 복수의 에너지 스펙트럼을 갖는 X-ray들을 생성할 수 있다.
X-ray 생성부(106)에 의하여 생성되는 X-ray는, 콜리메이터(collimator, 112)에 의하여 소정의 형태로 방출될 수 있다.
X-ray 검출부(108)는 X-ray 생성부(106)와 마주하여 위치할 수 있다. X-ray 검출부(108)는 복수의 X-ray 검출 소자들을 포함할 수 있다. 단일 엑스레이 검출 소자는 단일 채널을 형성할 수 있지만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, X-ray 검출부(108)는 1차원 디텍터 어레이(1-dimensional detector array) 또는 2차원 디텍터 어레이(2dimensional detector array) 등과 같이 다양한 형태를 가질 수 있다.
X-ray 검출부(108)는 X-ray 생성부(106)로부터 생성되고 대상체(10)를 통하여 전송된 엑스레이를 감지하고, 감지된 X선의 강도에 상응하게 전기 신호를 생성할 수 있다.
X-ray 검출부(108)는 방사선을 광으로 전환하여 검출하는 간접방식과 방사선을 직접 전하로 변환하여 검출하는 직접방식 검출기를 포함할 수 있다. 간접방식의 X-ray 검출부는 Scintillator를 사용할 수 있다. 또한, 직접방식의 X-ray 검출부는 photon counting detector를 사용할 수 있다. 데이터 획득 회로(DAS; Data Acquisitino System)(86)는 X-ray 검출부(108)와 연결될 수 있다. X-ray 검출부(108)에 의하여 생성된 전기 신호는 DAS(86)에서 수집될 수 있다. X-ray 검출부(108)에 의하여 생성된 전기 신호는 유선 또는 무선으로 DAS(86)에서 수집될 수 있다. 또한, X-ray 검출부(108)에 의하여 생성된 전기 신호는 증폭기(미도시)를 거쳐 아날로그/디지털 컨버터(미도시)로 제공될 수 있다.
슬라이스 두께(slice thickness)나 슬라이스 개수에 따라 X-ray 검출부(108)로부터 수집된 일부 데이터만이 영상 처리부(126)에 제공될 수 있고, 또는 영상 처리부(126)에서 일부 데이터만을 선택할 수 있다.
이러한 디지털 신호는 데이터 송신부(120)를 통하여 영상 처리부(126)로 제공될 수 있다. 이러한 디지털 신호는 데이터 송신부(120)를 통하여 유선 또는 무선으로 영상 처리부(126)로 송신될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(88)는 CT 시스템(100)의 각각의 모듈의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(88)는 테이블(105), 회전 구동부(80), 콜리메이터(82), DAS(86), 저장부(124), 영상 처리부(126), 입력부(128), 디스플레이부(130), 통신부(132) 등의 동작들을 제어할 수 있다.
영상 처리부(126)는 DAS(86)로부터 획득된 데이터(예컨대, 가공 전 순수(pure) 데이터)를 데이터 송신부(120)를 통하여 수신하여, 전처리(pre-processing)하는 과정을 수행할 수 있다.
전처리는, 예를 들면, 채널들 사이의 감도 불균일 정정 프로세스, 신호 세기의 급격한 감소 또는 금속 같은 X선 흡수재로 인한 신호의 유실 정정 프로세스 등을 포함할 수 있다.
영상 처리부(126)의 출력 데이터는 로 데이터(raw data) 또는 프로젝션(projection) 데이터로 지칭될 수 있다. 이러한 프로젝션 데이터는 데이터 획득시의 촬영 조건(예컨대, 튜브 전압, 촬영 각도 등)등과 함께 저장부(124)에 저장될 수 있다.
프로젝션 데이터는 대상체를 통과한 X선의 세기에 상응하는 데이터 값의 집합일 수 있다. 설명의 편의를 위해, 모든 채널들에 대하여 동일한 촬영 각도로 동시에 획득된 프로젝션 데이터의 집합을 프로젝션 데이터 세트로 지칭한다.
저장부(124)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(SD, XD 메모리 등), 램(RAM; Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM; Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory) 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
또한, 영상 처리부(126)는 획득된 프로젝션 데이터 세트를 이용하여 대상체에 대한 단면 영상을 재구성할 수 있다. 이러한 단면 영상은 3차원 영상일 수 있다. 다시 말해서, 영상 처리부(126)는 획득된 프로젝션 데이터 세트에 기초하여 콘 빔 재구성(cone beam reconstruction) 방법 등을 이용하여 대상체에 대한 3차원 영상을 생성할 수 있다.
입력부(128)를 통하여 X선 단층 촬영 조건, 영상 처리 조건 등에 대한 외부 입력이 수신될 수 있다. 예를 들면, X선 단층 촬영 조건은, 복수의 튜브 전압, 복수의 X선들의 에너지 값 설정, 촬영 프로토콜 선택, 영상재구성 방법 선택, FOV 영역 설정, 슬라이스 개수, 슬라이스 두께(slice thickness), 영상 후처리 파라미터 설정 등을 포함할 수 있다. 또한 영상 처리 조건은 영상의 해상도, 영상에 대한 감쇠 계수 설정, 영상의 조합비율 설정 등을 포함할 수 있다.
입력부(128)는 외부로부터 소정의 입력을 인가 받기 위한 디바이스 등을 포함할 수 있다. 예컨대, 입력부(128)는 마이크로폰, 키보드, 마우스, 조이스틱, 터치 패드, 터치팬, 음성, 제스처 인식장치 등을 포함할 수 있다.
디스플레이부(130)는 영상 처리부(126)에 의해 재구성된 X선 촬영 영상을 디스플레이 할 수 있다.
전술한 엘리먼트들 사이의 데이터, 파워 등의 송수신은 유선, 무선 및 광통신 중 적어도 하나를 이용하여 수행될 수 있다.
통신부(132)는 서버(134) 등을 통하여 외부 디바이스, 외부 의료 장치 등과의 통신을 수행할 수 있다. 이와 관련하여서는 도 5를 참조하여 후술한다.
도 4 통신부의 구성을 도시하는 도면이다.
통신부(132)는, 유선 또는 무선으로 네트워크(301)와 연결되어 서버(134), 외부 의료 장치(136) 또는 휴대용 장치(138) 등과 같은 외부 디바이스와의 통신을 수행할 수 있다. 통신부(132)는 의료 영상 정보 시스템(PACS, Picture Archiving and Communication System)을 통해 연결된 병원 서버나 병원 내의 다른 의료 장치와 데이터를 주고받을 수 있다.
또한, 통신부(132)는 의료용 디지털 영상 및 통신(DICOM, Digital Imaging and Communications in Medicine) 표준에 따라 외부 디바이스 등과 데이터 통신을 수행할 수 있다.
통신부(132)는 네트워크(301)를 통해 대상체의 진단과 관련된 데이터를 송수신할 수 있다. 또한 통신부(132)는 MRI 장치, X-ray 장치 등 다른 의료 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.
또한, CT 시스템(100)은 다양한 스캔 모드에 따라서 단층 촬영을 수행할 수 있다. 단층 촬영 시 이용되는 스캔 모드로는 프로스펙티브(prospective) 모드 및 레트로스펙티브(retrospective) 모드를 예로 들 수 있으며, 이하에서 도 5를 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 후속하는 도 6 내지 도 16을 참조하여 설명할 본 발명의 실시예에 따른 단층 영상 장치(600, 700)는 다양한 스캔 방식에 따라서 단층 촬영을 수행할 수 있다. 단층 촬영 시 이용되는 스캔 방식으로는 축상(axial) 스캔 방식 및 나선형(helical) 스캔 방식이 있으며, 이하에서 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.
또한, CT 시스템(100)은 절반 복원(half reconstruction) 방식, 전체 복원(full reconstruction) 방식 등에 따라서 단층 영상을 복원할 수 있다.
X-ray 생성부(106)가 반바퀴 이상 한바퀴 미만을 회전하여 획득된 로 데이터를 이용하여 하나의 단층 영상을 복원하는 것을 절반 복원(half reconstruction) 방식이라 하고, X-ray 생성부(106)가 한바퀴 회전하여 획득된 로 데이터를 이용하여 하나의 단층 영상을 복원하는 것을 전체 복원(full reconstruction) 방식이라 한다. 또한, 이하에서는, 하나의 단층 영상을 복원하는데 필요한 로 데이터를 획득하기 위해서, X-ray 생성부(106)가 회전하는 시간 또는 각도(또는 위상)를 '한주기'라 한다. 또한, '한주기 각도 구간'은 하나의 단층 영상을 복원하는데 필요한 로 데이터를 획득하기 위해서 X-ray 생성부(106)가 회전하는 각도 구간을 의미할 수 있다. 또한, '한주기 각도 구간'은 하나의 단면 단층 영상을 복원하기 위해서 필요한 프로젝션 데이터의 구간을 의미할 수 있으며, 이 경우에는 '프로젝션 데이터의 한주기 각도 구간'이라 칭할 수 있다. 예를 들어, 절반 복원에서는 한 주기가 180 도 이상이 되며, 전체 복원에서는 한 주기가 360도가 된다.
도 5는 단층 촬영에 적용되는 스캔 모드 및 스캔 방식을 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 5의 (a)는 축상 스캔 방식에 따른 단층 촬영을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 5의 (a)는 프로스펙티브(prospective) 모드에 따른 단층 촬영을 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 5의 (b)는 나선형 스캔 방식에 따른 단층 촬영을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 5의 (b)는 레트로스펙티브(retrospective) 모드에 따른 단층 촬영을 설명하기 위한 도면이다.
스캔 모드는 촬영 대상이되는 환자의 심장 박동 주기가 일정한지 또는 일정하지 않은지에 따라서 구별될 수 있다. 또한, 영상 복원에 이용되는 로 데이터를 획득하는데 있어서 심전도 게이팅(ECG gating)을 이용할 수 있다. 도 5에서는 테이블(도 3의 105)이 환자(505)의 축(axial) 방향으로 이동하며 단층 촬영을 진행하는 경우를 예로 들어 도시하였다.
도 5의 (a)를 참조하면, 축상(axial) 스캔 방식은 테이블(도 3의 105)을 멈춘 상태에서 엑스레이를 조사하여 촬영하고, 다시 소정 간격(501-502)만큼 테이블을 이동시킨 후, 소정 구간(522) 동안 엑스레이를 조사하여 로 데이터를 획득하는 단층 촬영 방식이다. 본원의 실시예에 따른 단층 영상 장치(600, 700)는 축상 스캔(axial scan) 방식을 적용하여 단층 촬영을 수행하여 제1 영상 및 제2 영상, 및 목표 영상 중 적어도 획득할 수 있다.
또한, 도 5의 (a)를 참조하면, 심장의 박동 주기가 일정한 사람의 경우, 프로스펙티브(prospective) 모드를 적용하여 규칙적으로 심전도 신호(510)를 게이팅한다. 프로스펙티브 모드는 R 피크(511)에서 소정 시간만큼 떨어진 시점(t3)에서의 소정 구간(521)을 자동적으로 선택한다. 그리고, 검출된 소정 구간(521) 동안 엑스레이를 대상체로 인가하여 로 데이터를 획득한다. 그리고, 후속하는 R 피크(512)에서 소정 시간만큼 떨어진 시점(t4)에서의 소정 구간(522)을 자동적으로 선택한다. 이 때, 테이블(도 3의 105)을 멈춘 상태에서 엑스레이를 조사하여 촬영하고, 다시 소정 간격(501-502)만큼 테이블을 이동시킨 후, 소정 구간(522) 동안 엑스레이를 조사하여 로 데이터를 획득한다. 절반 복원 방식 중 도 5의 (a)에서와 같이 대상체의 축 방향으로 소정 간격마다 이동하며 촬영하는 방식을 축상 절반 복원(axial half reconstruction) 방식이라 하며, 본원의 실시예에 따른 단층 영상 장치(600, 700)에는 축상 절반 복원 방식이 적용될 수 있다.
그리고, 데이터 획득부(710)는 검출된 구간들(521, 522)에서 획득된 로 데이터들을 이용하여 단층 영상들(531, 532)을 복원한다.
도 5의 (b)를 참조하면, 나선형 스캔(helical scan) 방식은 일정한 시간인 t=0부터 t=end까지 테이블(도 3의 105)을 이동시키면서 계속하여 엑스레이를 조사하여 촬영을 수행하는 단층 촬영 방식이다. 구체적으로, 대상체를 포함하는 환자(505)가 위치한 테이블(도 3의 105)을 일정 시간 동안 일정 속도로 계속하여 이동시키고, 테이블이 이동되는 동안에 계속하여 엑스레이를 대상체로 조사하여 촬영을 수행한다. 그에 따라서, 엑스레이 광원의 이동 궤적(550)은 나선(helix) 형태가 된다.
또한, 도 5의 (b)를 참조하면, 부정맥 환자와 같이 심장의 박동 주기가 일정하지 않은 경우, 심장 박동 주기의 규칙성이 떨어져서, 프로스펙티브 모드에서와 같이 일률적으로 주기 검출을 할 수가 없다. 이러한 경우, 레트로스펙티브(retrospective) 모드에서 불규칙적으로 심전도 신호(560)를 게이팅한다. 레트로스펙티브 모드는 심전도 신호의 모든 주기에서 또는 연속되는 일정 범위의 주기에서 대상체로 엑스레이를 조사하여 로 데이터를 획득한 후, 단층 영상 복원을 위한 부분 주기들을 선택한다. 즉, 레트로스펙티브 모드에서는, 사용자가 영상 복원에 이용될 부분 주기들을 개별 설정하여 부분 주기들(561, 562, 563)을 검출한 후, 검출된 구간들에서 획득된 로 데이터들을 단층 영상 복원에 이용한다.
구체적으로, 레트로스펙티브 모드에서는 일정한 시간인 t=0부터 t=end 까지 계속하여 엑스레이를 조사하여 촬영을 수행한다. 또한, 테이블(도 3의 105)이 일정 시간 동안 일정 속도로 계속하여 이동시켜 단층 촬영을 수행할 수 있으며, 이 경우 엑스레이 광원의 이동 궤적(550)은 나선(helix) 형태가 된다. 절반 복원 방식 중 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 테이블을 이동하면서 계속적으로 엑스레이를 조사하여 촬영하는 방식을 나선형 절반 복원(helical half reconstruction)이라 하며, 본원의 실시예에 따른 단층 영상 장치(600, 700)에는 나선형 절반 복원 방식이 적용될 수 있다.
구체적인 예로, 심장 박동 주기가 불규칙한 환자의 경우, 나선형 스캔 방식에서 레트로스펙티브 모드를 적용하여 단층 촬영을 수행할 수 있다. 또한, 심장 박동 주기가 일정한 환자의 경우, 축상 스캔 방식에서 프로스펙티브 모드를 적용하여 단층 촬영을 수행할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 나선형 스캔 방식에서 프로스펙티브 모드를 적용하여 단층 촬영을 수행할 수도 있을 것이며, 축상 스캔 방식에서 레트로스펙티브 모드를 적용하여 단층 촬영을 수행할 수도 있을 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단층 영상 장치를 나타내는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단층 영상 장치(600)는 데이터 획득부(610) 및 영상 복원부(620)를 포함한다.
단층 영상 장치(600)는 도 3 및 도 4에서 설명한 CT 시스템(100) 내에 포함될 수 있다. 또한, 단층 영상 장치(600)는 도 5에서 설명한 의료 장치(136) 또는 휴대용 장치(138) 내에 포함되어, CT 시스템(100)과 연결되어 동작할 수도 있다. 구체적으로, 단층 영상 장치(600)는 대상체를 투과한 광선을 이용하여 획득된 데이터를 이용하여 영상을 복원하는 모든 의료 영상 장치가 될 수 있다. 즉, 단층 영상 장치(600)는 대상체를 투과한 광선을 이용하여 획득된 프로젝션 데이터(projection data)를 이용하여 영상을 복원하는 모든 의료 영상 장치가 될 수 있다. 구체적으로, 단층 영상 장치(600)는 CT(computed Tomography) 장치, OCT(Optical Coherenc Tomography), 또는 PET(positron emission tomography)-CT 장치 등이 될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 단층 영상 장치(600)에서 획득되는 단층 영상은 CT 영상, OCT 영상, PET 영상 등이 될 수 있다.
이하에서 참조된 도면에서는 단층 영상으로 CT 영상을 예로 들어 첨부하였다. 또한, 단층 영상 장치(600)가 도 1에서 설명한 단층 촬영 시스템(100)에 포함되는 경우, 도 6에 도시된 데이터 획득부(610) 및 영상 복원부(620)는 각각 도 3에 도시된 데이터 획득 회로(116) 및 영상 처리부(126)에 포함될 수 있다.
데이터 획득부(610)는 콘 빔(cone-beam)의 형태로 방출되는 엑스레이가 1회전 미만의 한주기 각도 구간을 회전하며 대상체로 조사될 때 그에 대응되어 획득된 단층 데이터를 획득한다. 여기서, 콘 빔은 팬 형태(fan shape)로 방사되는 모든 광선을 뜻한다.
구체적으로, 데이터 획득부(610)는 도 3에 도시된 X-ray 검출부(108) 및 데이터 획득 회로(116)을 포함하여, 자체적으로 단층 데이터를 획득할 수 있다. 즉, 단층 영상 장치(600)가 도 3에 도시된 단층 촬영 시스템(100)과 동일 대응되는 경우, 데이터 획득부(610)는 갠트리(102) 또는 갠트리(102) 내에 포함되는 데이터 획득 회로(116)에 동일 대응될 수 있다.
여기서, 단층 데이터는 대상체에 대한 단층 촬영에 의해 획득된 로 데이터(raw data)를 뜻한다. 로 데이터는 방사선을 대상체로 조사하여 획득된 프로젝션 데이터(projection data) 또는 프로젝션 데이터의 집합인 사이노그램(sinogram)이 될 수 있다. 또한, 단층 데이터는 프로젝션 데이터 또는 사이노그램을 여과 역투영(filtered backprojection)하여 생성한 영상이 될 수도 있다.
이하에서는, 단층 데이터가 한주기 각도 구간에 포함되는 복수개의 뷰에 대응되는 복수개의 프로젝션 데이터를 포함하는 경우를 예로 들어 설명한다. 또한, 1회전에 의해서 획득되는 단층 데이터가 멀티 슬라이스 영상 복원에 이용되는 경우를 예로 들어 설명한다.
구체적으로, 데이터 획득부(610)는 콘 빔이 한주기 각도 구간을 회전하며 대상체로 조사될 때, 복수개의 슬라이스에 대응되는 멀티 슬라이스 영상(multi-slice images)의 복원에 이용되는 단층 데이터를 획득한다. 따라서, 데이터 획득부(610)는 1회전으로 복수개의 슬라이스에 대응되는 복수개의 슬라이스 별 단층 영상을 복원할 수 있는 단층 데이터를 획득할 수 있다.
영상 복원부(620)는 가중치를 단층 데이터에 적용하여 획득된 수정 단층 데이터를 이용하여 단층 영상을 복원한다. 여기서, 가중치는 한주기 각도 구간에 포함되는 뷰(view) 및 콘 빔에서의 콘 각도(cone angle) 중 적어도 하나에 근거하여 설정된다. 또한, 뷰(view)는 소정 위치에서 X-ray 생성부(106)가 대상체로 엑스레이를 방출할 때, X-ray 생성부(106)가 대상체를 바라보는 시점 또는 방향을 의미한다. 프로젝션 데이터는 하나의 뷰에 대응하여 획득한 단층 데이터이며, 사이노그램은 연속되는 복수개의 뷰에 대응되는 복수개의 프로젝션 데이터를 순차적으로 나열하여 획득한 단층 데이터를 뜻한다. 가중치는 이하에서 도 12 내지 도 14를 참조하여 상세히 설명한다.
그리고, 이하에서는, X-ray 생성부(106)가 팬 형태로 빔을 방출하는 콘 빔(cone-beam)을 생성하는 경우를 예로 들어 설명한다.
구체적으로, 영상 복원부(620)는 콘 각도(cone angle) 및 뷰 중 적어도 하나에 근거하여 설정되는 가중치를 이용하여, 단층 데이터 중 한주기 각도 구간에 포함되는 제1 뷰에서의 데이터 및 제1 뷰와 마주보는 제2 뷰에서의 데이터간의 불일치로 인하여 발생하는 아티팩트를 보상한다. 영상 복원부(620)가 보상하게 되는 아티팩트는 이하에서 도 10 및 도 11을 참조하여 상세히 설명한다.
이하에서는, 데이터 획득부(610) 및 영상 복원부(620)가 절반 복원 방식에 따라서 단층 데이터를 획득 및 단층 영상을 복원하는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단층 영상 장치를 나타내는 블록도이다. 도 7에 있어서, 데이터 획득부(710) 및 영상 복원부(720)는 도 6의 데이터 획득부(610) 및 영상 복원부(620)와 동일 대응되므로, 도 6에서와 중복되는 설명은 생략한다.
도 7을 참조하면, 단층 영상 장치(700)는 데이터 획득부(710) 및 영상 복원부(720)를 포함한다. 또한, 단층 영상 장치(700)는 갠트리(730), 디스플레이 부(740), 사용자 인터페이스 부(750), 저장부(760) 및 통신부(770) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 단층 영상 장치(700)에 포함되는 갠트리(730), 디스플레이 부(740), 사용자 인터페이스 부(750), 저장부(760) 및 통신부(770)는 각각 도 3에 도시된 CT 시스템(100)의 갠트리(102), 디스플레이부(130), 입력부(128), 저장부(124) 및 통신부(132)와 그 동작 및 구성이 동일하므로, 도 3에서와 중복되는 설명은 생략한다.
데이터 획득부(710)는 콘 빔의 형태로 방출되는 엑스레이가 1회전 미만의 한주기 각도 구간을 회전하며 대상체로 조사될 때 그에 대응되어 획득된 단층 데이터를 획득한다.
영상 복원부(720)는 가중치를 단층 데이터에 적용하여 획득된 수정 단층 데이터를 이용하여 단층 영상을 복원한다.
갠트리(730)는 X-ray 생성부(도 3의 106), X-ray 검출부(도 3의 108), 및 데이터 획득 회로(도 3의 116)를 포함한다. 갠트리(730)는 대상체로 엑스레이를 조사하고, 대상체를 투과한 엑스레이를 감지하며, 감지된 엑스레이에 대응되는 단층 데이터인 로 데이터(raw data)를 생성한다.
구체적으로, X-ray 생성부(106)는 엑스레이(X-ray)를 생성한다. 그리고, X-ray 생성부(106)는 대상체를 중심으로 회전하며, 대상체로 엑스레이를 조사한다. 그러면, X-ray 검출부(108)는 대상체를 통과한 엑스레이를 감지한다. 그리고 데이터 획득 회로(116)는 감지된 엑스레이에 대응되는 단층 데이터를 생성한다.
이하에서는, 절반 복원 방식을 적용하여, X-ray 생성부(106)가 반바퀴 이상 한바퀴 미만을 회전하여 단층 데이터를 획득하는 경우를 예로 들어 설명한다.
X-ray 검출부(108)는 1차원 디텍터 어레이(미도시) 또는 2차원 디텍터 어레이(미도시)를 포함할 수 있다. X-ray 검출부(108)가 한주기 각도 구간을 회전하여 획득한 단층 데이터를 이용하여 '하나의 단층 영상'을 복원하는 경우, '하나의 단층 영상'은 2차원 단층 영상 또는 3차원 단층 영상이 될 수 있다. 여기서, 3차원 단층 영상은 복수개의 2차원 단층 영상을 이용하여 복원될 수 있다.
예를 들어, 1차원 디텍터 어레이를 포함하는 X-ray 검출부(108)가 한주기 각도 구간을 회전하여 단층 데이터를 획득할 경우, 하나의 슬라이스에 대응되는 하나의 2차원 단층 영상을 생성할 수 있다. 이 경우, X-ray 검출부(108)가 복수 회 회전하여 획득된 단층 데이터를 이용하여, 복수의 슬라이스에 대응되는 복수개의 2차원 단층 영상을 생성할 수 있다. 또한, 복수개의 2차원 단층 영상을 이용하여 3차원 단층 영상을 획득할 수 있을 것이다.
또 다른 예로, 2차원 디텍터 어레이를 포함하는 X-ray 검출부(108)가 한주기 각도 구간을 회전하여 단층 데이터를 획득할 경우, 복수개의 슬라이스에 대응되는 멀티 슬라이스 영상을 생성할 수 있다. 여기서 멀티 슬라이스 영상에 포함되는 복수개의 슬라이스 영상들 각각 2차원 단층 영상이 될 수 있다. 그리고, 복수개의 슬라이스 영상들을 이용하여 3차원 단층 영상을 생성할 수 있다. 이 경우, X-ray 검출부(108)가 1회전하여 획득된 단층 데이터를 이용하여, 3차원 단층 영상을 생성할 수 있다.
또한, 영상 복원부(720)는 단층 데이터에 근거하여 단층 영상을 복원할 수 있다. 즉, 가중치를 적용하지 않은 원래의 단층 데이터를 여과 역투영(filtered back projection) 하여, 단층 영상을 생성할 수도 있다. 이하에서는, 가중치가 적용되지 않은 단층 데이터를 여과 역투영(filtered back projection) 하여 획득된 단층 영상을 '보정 전 단층 영상'이라 한다.
디스플레이 부(740)는 소정 화면을 디스플레이한다. 구체적으로, 디스플레이 부(740)는 단층 촬영을 진행하는데 필요한 사용자 인터페이스 화면 또는 복원된 단층 영상 등을 디스플레이할 수 있다. 또한, 디스플레이 부(740)는 영상 복원에 이용되는 가중치를 나타내는 정보, 가중치를 설정하기 위한 사용자 인터페이스 화면 등을 디스플레이할 수 있다.
또한, 디스플레이 부(740)는 보정 전 단층 영상 및 가중치를 이용하여 획득된 단층 영상을 포함하는 화면을 디스플레이할 수 있다.
사용자 인터페이스 부(750)는 사용자로부터 소정 명령 또는 데이터를 입력받기 위한 사용자 인터페이스 화면을 생성 및 출력하며, 사용자 인터페이스 화면을 통하여 사용자로부터 소정 명령 또는 데이터를 입력 받는다. 또한, 사용자 인터페이스 부(750)에서 출력되는 사용자 인터페이스 화면은 디스플레이 부(740)로 출력된다. 그러면, 디스플레이 부(740)는 사용자 인터페이스 화면을 디스플레이 할 수 있다. 사용자는 디스플레이 부(740)를 통하여 디스플레이 되는 사용자 인터페이스 화면을 보고, 소정 정보를 인식할 수 있으며, 소정 명령 또는 데이터를 입력할 수 있다.
예를 들어, 사용자 인터페이스 부(750)는 마우스, 키보드, 또는 소정 데이터 입력을 위한 하드 키들을 포함하는 입력 장치 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 사용자 인터페이스 부(750)에 포함되는 마우스, 키보드, 또는 기타 입력 장치 중 적어도 하나를 조작하여, 소정 데이터 또는 명령을 입력할 수 있다.
또한, 사용자 인터페이스 부(750)는 터치 패드로 형성될 수 있다. 구체적으로, 사용자 인터페이스 부(750)는 디스플레이 부(740)에 포함되는 디스플레이 패널(display panel)(미도시)과 결합되는 터치 패드(touch pad)(미도시)를 포함하여, 디스플레이 패널 상으로 사용자 인터페이스 화면을 출력한다. 그리고, 사용자 인터페이스 화면을 통하여 소정 명령이 입력되면, 터치 패드에서 이를 감지하여, 사용자가 입력한 소정 명령을 인식할 수 있다.
구체적으로, 사용자 인터페이스 부(750)가 터치 패드로 형성되는 경우, 사용자가 사용자 인터페이스 화면의 소정 지점을 터치하면, 사용자 인터페이스 부(750)는 터치된 지점을 감지한다. 그리고, 감지된 정보를 영상 복원부(720)로 전송할 수 있다. 그러면, 영상 복원부(720)는 감지된 지점에 표시된 메뉴에 대응되는 사용자의 요청 또는 명령을 인식하며, 인식된 요청 또는 명령을 반영하여 단층 영상 복원 동작을 수행할 수 있다.
저장부(760)는 단층 촬영에 따라서 획득되는 데이터를 저장할 수 있다. 구체적으로, 단층 데이터인 프로젝션 데이터 및 사이노그램 중 적어도 하나를 저장할 수 있다. 또한, 저장부(760)는 단층 영상의 복원에 필요한 각종 데이터, 프로그램 등을 저장할 수 있으며, 최종적으로 복원된 단층 영상을 저장할 수 있다. 또한, 저장부(760)는 제1 정보의 획득에 필요한 각종 데이터 및 획득된 제1 정보를 저장할 수 있다.
또한, 저장부(760)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(SD, XD 메모리 등), 램(RAM; Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM; Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory) 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
통신부(770)는 외부 디바이스, 외부 의료 장치 등과의 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 통신부(770)는 외부적으로 연결되는 CT 시스템 또는 단층 영상 장치와 연결되며, 단층 데이터를 수신할 수 있다. 경우, 데이터 획득부(710)는 통신부(770)를 통하여 전송되는 단층 데이터를 전송받을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 단층 영상 장치(600, 700)에서는 절반 복원 방식을 적용하여 영상 복원 동작을 수행할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 단층 영상 장치(600, 700)에서는 도 5에서 설명한 다양한 스캔 모드가 적용되어 단층 데이터를 획득할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 단층 영상 장치(600, 700)에서는 축상 (axial) 스캔 방식 및 나선형(helical) 스캔 방식에 따른 단층 촬영이 모두 적용될 수 있다. 또한, 단층 영상 장치(600, 700)에서는 팬(fan) 형태를 갖는 콘 빔(cone-beam)을 생성하는 X-ray 생성부(106)가 이용될 수 있다.
도 8은 절반 복원(half reconstruction)에 따른 단층 영상의 복원을 설명하기 위한 도면이다. 단층 영상 장치(600, 700)는 1회전 미만의 회전을 통하여 획득한 단층 데이터를 이용하여 영상 복원을 수행한다.
구체적으로, 데이터 획득부(610)는 대상체를 중심으로 1회전 미만으로 회전하며 단층 촬영을 수행하여 단층 데이터(raw data)를 획득할 수 있다. 또는 데이터 획득부(610)는 대상체를 중심으로 1회전 미만으로 회전하며 단층 촬영을 수행하여 단층 데이터(raw data)를 외부적으로 수신할 수 있다.
도 8의 (a)를 참조하면, 구체적으로, 도 8의 (a)는 X-ray 생성부(106)의 회전을 설명한다. 도 8의 8의 (b)는 절반 복원에서의 한주기 각도 구간을 설명한다.
X-ray 생성부(106)가 소정 지점에서 부채모양으로 퍼지는 팬(fan) 형태의 빔(beam)인 콘 빔(cone beam)을 방출하는 경우, 절반 복원에서는 X-ray 생성부(106)가 180 도 이상 360도 미만의 각도 구간만큼 회전하며 단층 촬영을 수행하고, 180 도 이상 360도 미만의 각도 구간에서 획득된 로 데이터를 이용하여 단층 영상을 복원할 수 있다.
도 8의 (a)을 포함하여 후속하는 도면에서는 한주기 각도 구간이 180+a 도 인 경우를 예로 들어 도시하였다. 이하에서는, 절반 복원 방식에서의 한주기 각도 구간에 있어서, 180도를 뺀 나머지 각도를 '추가 각도'라 칭하겠다. 전술한 바와 같이, 한주기 각도 구간이 180+a 도 인 경우, 추가 각도는 a 도 가 될 수 있다.
도 8의 (a)를 참조하면, X-ray 생성부(106)가 빔 위치(810)에서 대상체(805)로 엑스레이를 조사할 때, X-ray 검출부(108)는 감지면(820)에서 엑스레이를 감지한다. 빔 위치(810)는 대상체를 중심으로 원을 그리며 이동하며, 한 주기인 180+a 도만큼 회전한다. 또한, 감지면(820) 또한 빔 위치(810)에 대응되어 회전한다. 구체적으로, 빔 위치(810)는 +Y축에서 -Y축으로 180도 이동하고 추가적으로 a만큼 더 이동하여 833 지점까지 이동한다.
절반 복원 방식에서는, 처음의 a 각도 구간(835), 중간 각도 구간(837) 및 마지막의 a 각도 구간(836)에서 획득된 프로젝션 데이터들을 이용하여, 하나의 단층 영상을 복원한다.
도 8의 (b)를 참조하면, 대상체(805)를 중심으로 180도(860), a/2 도(873) 및 a/2도(874)를 합한 180 + a 도를 한주기 각도 구간(850)으로 한다. 또한, 팬 각도 a 의 구체적인 값은 CT 시스템, 또는 X-ray 생성부의 제품 사양에 따라서 달라질 수 있으며, 예를 들어, 대략 50-90도 전후의 값을 가질 수 있다.
구체적으로, 제1 각도 구간(871) 및 제2 각도 구간(872)은 한주기 각도 구간(850) 내에 포함되는 각도 구간으로, 서로 마주보는 각도인 켤레각(conjugate angle)의 관계를 가질 수 있다. 켤레각 관계에 있는 두 각도 구간의 각도 차이는 180도가 된다.
구체적으로, 제1 각도 구간(871)은 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 한주기 각도 구간(850)의 시작 구간이 될 수 있으며, 제2 각도 구간(872)은 한주기 각도 구간(850)의 끝 구간이 될 수 있다.
제1 각도 구간(871) 및 제2 각도 구간(872)이 서로 켤레각의 관계를 가지면, 제1 각도 구간(871) 및 제2 각도 구간(872)에서의 뷰(view)가 동일하므로, 제1 각도 구간(871)에서 대상체(805)를 촬영할 때 감지되는 대상체(805)의 표면(surface)과 제2 각도 구간(872)에서 대상체(805)를 촬영할 때 감지되는 대상체(805)의 표면(surface)은 동일하다. 또한, 180도 간격을 갖는 두 개의 뷰(view)에서 각각 획득된 두 개의 단층 데이터는 서로 동일하다.
즉, 제1 각도 구간(871) 및 제2 각도 구간(872) 각각에서 획득된 단층 데이터는 대상체의 동일 부위를 이미징하는데 기여한다. 따라서, 이론적으로는, 제1 각도 구간(871)에서 획득된 단층 데이터와 제2 각도 구간(872)에서 각각에서 획득된 단층 데이터는 서로 동일하여야 한다. 그러나, 팬 형태를 가지며 방사되는 콘 빔의 특성으로 인하여, 서로 마주보는 각도 구간인 제1 각도 구간(871)에서 획득된 단층 데이터와 제2 각도 구간(872)에서 획득된 단층 데이터 간에 불일치가 발생할 수 있다. 또한, 180도 차이나는 각도 구간인 제1 각도 구간(871)에서 획득된 단층 데이터와 제2 각도 구간(872)에서 획득된 단층 데이터 간의 불일치로 인하여, 복원된 단층 영상 내에 아티팩트(artifact)가 발생하게 된다. 전술한 바와 같이, 콘 빔의 특성으로 인하여 복원된 단층 영상 내에 발생하는 아티팩트를 부분 스캔 아티팩트(partial scan artifact)라 한다. 또는 콘 빔의 특성으로 야기되는 아티팩트를 콘 빔 효과(cone beam effect)라 부르기도 한다. 부분 스캔 아티팩트는 이하에서 도 10 및 도 11을 참조하여 상세히 설명한다.
또한 이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 단층 영상 장치로 도 7에 도시된 단층 영상 장치(700)를 예로 들어 설명한다.
도 9는 대상체로 방출되는 엑스레이의 빔 형태를 설명하기 위한 도면이다.
X-ray 생성부(106)가 움직이는 대상체를 중심으로 회전하며 콘 빔(cone beam)을 방출하는 경우, 데이터 획득부(710)는 콘 빔에 대응되는 로 데이터를 획득한다.
도 9를 참조하면, X-ray 생성부(106)가 원형 또는 나선형의 궤적(910)을 따라서 이동하며 소정 위치(920)에서 엑스레이를 조사하면, 도시된 바와 같이 원뿔(cone) 형태(930)로 엑스레이가 대상체로 조사된다. 대상체(미도시)는 z 축 상에 위치할 수 있다.
X-ray 검출부(108)는 대상체를 투과한 엑스레이를 감지한다. X-ray 검출부(108)는 도 9에 도시된 바와 같이 2차원 평면 형태를 갖는 2차원 디텍터 어레이(950)를 포함할 수 있다. 여기서, 2차원 디텍터 어레이(950)는 격자 형태로 배치되는 복수개의 디텍터 소자들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 종 열(970)로 복수개의 디텍터 소자들이 배치되며, 횡 열(960)으로 복수개의 디텍터 소자들이 배치될 수 있다. 예를 들어, 횡 열(960)으로 128개의 디텍터 소자들이 배치되며 종 열(970)으로 1000 개의 디텍터 소자들이 배치되어, 2차원 디텍터 어레이(950)는 128*1000 개의 디텍터 소자들을 포함할 수 있다.
데이터 획득부(710)가 2차원 디텍터 어레이(950)에서 감지된 단층 데이터를 획득하는 경우, 영상 복원부(720)는 한주기 각도 구간을 회전하여 획득한 단층 데이터를 이용하여 복수개의 슬라이스 영상들을 생성할 수 있다. 획득되는 슬라이스 영상들의 개수는 슬라이스 간격, 슬라이스의 두께, 및 2차원 디텍터 어레이(950)의 횡 열(960)에 배치되는 디텍터 소자들의 개수 중 적어도 하나에 따라서 달라질 수 있다. 예를 들어, 횡 열(960)에 128개의 디텍터 소자들이 배치되며, 하나의 디텍터 소자의 폭이 0.5mm 인 경우, 슬라이스 간격을 0.5mm 로 설정하면 128개의 슬라이스 영상들을 복원할 수 있다. 또 다른 예로, 횡 열(960)에 128개의 디텍터 소자들이 배치되며, 하나의 디텍터 소자의 폭이 0.5mm 인 경우, 슬라이스 간격을 1mm 로 설정하면 64개의 슬라이스 영상들을 복원할 수 있다. 여기서, 한주기 각도 구간을 1회전 하여 획득된 단층 데이터로 복수개의 슬라이스 영상들을 복원하는 경우, 생성된 복수개의 슬라이스 영상들을 멀티 슬라이스 영상(multi-slice images)라 하며, 2차원 디텍터 어레이(950)를 멀리 슬라이스 디텍터(multi-slice detector)라 칭할 수도 한다.
또한, X-ray 검출부(108)는 1차원 디텍터 어레이(미도시)를 포함할 수 있다. 1차원 디텍터 어레이(미도시)의 경우, 횡 열(960)로 배치되는 디텍터 소자가 1개가 될 것이다. 1차원 디텍터 어레이는 1회전으로 획득된 단층 데이터로 단일 슬라이스 영상만을 생성할 수 있다.
2차원 디텍터 어레이(950)를 이용하여 획득된 단층 데이터를 이용하여 복수개의 슬라이스 영상들을 생성하는 경우를 예로 들자. 콘 빔(cone angle)의 값이 0도일 경우, 즉, 조사되는 빔과 디텍터 평면이 이루는 각도가 수직이 되는 경우에 대응되는 슬라이스 영상에서는 부분 스캔 아티팩트가 적게 발생한다. 그리고, 콘 빔의 절대값이 증가될수록, 해당 슬라이스 영상에서 발생하는 부분 스캔 아티팩트가 증가하게 된다.
이하에서는, 도 10 및 도 11을 참조하여 1차원 디텍터 어레이를 이용하여 생성되는 단일 슬라이스 영상과 2차원 디텍터 어레이를 이용하여 생성되는 멀티 슬라이스 영상들에서 발생 가능한 부분 스캔 아티팩트를 상세히 설명한다.
도 10은 콘 빔을 대상체로 조사하며 단층 촬영을 수행하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 도 10의 (a)는 단일 슬라이스 영상에서 발생하는 부분 스캔 아티팩트를 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 10의 (b)는 멀티 슬라이스 영상에서 발생하는 부분 스캔 아티팩트를 설명하기 위한 도면이다.
도 10의 (a)에서는, X-ray 검출부(108)에 포함되는 1차원 디텍터 어레이의 단면(1031, 1032)이 도시된다.
도 10의 (a)를 참조하면, X-ray 생성부(106)는 궤적(1025)을 따라서 이동하며 대상체(1010)로 엑스레이를 조사한다. X-ray 생성부(106)가 제1 위치(1021)에서 대상체(1010)로 엑스레이를 조사한 경우, 제1 위치(1021)와 마주보는 제2 위치(1031)에 있는 X-ray 검출부(108)가 대상체(1010)을 투과한 엑스레이를 감지한다. 그리고, X-ray 생성부(106)가 제3 위치(1022)에서 대상체(1010)로 엑스레이를 조사한 경우, 제3 위치(1022)와 마주보는 제4 위치(1032)에 있는 X-ray 검출부(108)가 대상체(1010)을 투과한 엑스레이를 감지한다.
제1 위치(1021)에 대응되는 뷰와 제3 위치(1022)에 대응되는 뷰는 180도만큼 차이가 난다. 따라서, 제1 위치(1021)에서 엑스레이를 조사하여 획득된 단층 데이터와 제3 위치(1022)에서 엑스레이를 조사하여 획득된 단층 데이터는 대상체의 동일 평면 또는 동일 부위를 이미징하여야 한다.
도 10의 (a)를 참조하면, 제1 위치(1021)에 있는 X-ray 생성부(106)가 엑스레이를 조사한 경우와 제3 위치(1022)에 있는 X-ray 생성부(106)가 엑스레이를 조사한 경우 모두, 대상체를 통과한 엑스레이는 X-ray 검출부(108)의 동일 위치에서 감지된다. 즉, 단일 슬라이스 영상의 경우 마주보는 서로 다른 두 개의 뷰 모두에서 대상체의 동일 평면 또는 동일 부위를 이미징하게 된다.
도 10의 (b)를 참조하면, X-ray 검출부(108)에 포함되는 2차원 디텍터 어레이(1061, 1062)가 도시된다. 도시된 2차원 디텍터 어레이(1061, 1062)는 도 9에서 설명한 2차원 디텍터 어레이(950)의 횡 열(960)을 나타내는 단면과 동일 대응된다. 다만, 도 9에서는 2차원 디텍터 어레이(950)의 횡열(960)에 128개의 디텍터 소자가 포함되는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 도 10의 (b)에서는 설명의 편의 상, X-ray 검출부(108)에 포함되는 2차원 디텍터 어레이(1061, 1062)가 횡 열에 8개의 디텍터 소자를 포함하는 경우를 예로 들어 도시하였다. 또한, 이하에서는 X-ray 검출부(108)가 횡 열인 8열의 디텍터 어레이를 통하여 8개의 슬라이스 영상들에 대응되는 단층 데이터들을 획득하는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 10의 (b)를 참조하면, X-ray 생성부(106)는 궤적(1025)을 따라서 이동하며 대상체(1010)로 엑스레이를 조사한다. 도 10의 (b)에서는 X-ray 생성부(106)가 제1 위치(1051)에서 대상체(1010)로 엑스레이를 조사한 경우, 제1 위치(1051)와 마주보는 제2 위치에 배치된 디텍터 어레이(1061)가 대상체(1010)을 투과한 엑스레이를 감지한다. 그리고, X-ray 생성부(106)가 제3 위치(1052)에서 대상체(1010)로 엑스레이를 조사한 경우, 제3 위치(1052)와 마주보는 제4 위치에 배치된 디텍터 어레이(1062)가 대상체(1010)을 투과한 엑스레이를 감지한다.
제1 위치(1051)에 대응되는 뷰와 제3 위치(1052)에 대응되는 뷰는 180도만큼 차이가 난다. 따라서, 제1 위치(1021)에서 엑스레이를 조사하여 획득된 단층 데이터와 제3 위치(1022)에서 엑스레이를 조사하여 획득된 단층 데이터는 대상체의 동일 평면 또는 동일 부위를 이미징하여야 한다.
도 10의 (b)를 참조하면, 제1 위치(1051)에 있는 X-ray 생성부(106)가 엑스레이를 조사한 경우, 대상체의 소정 부위(1070)을 통과한 엑스레이는 2차원 디텍터 어레이(1061)의 제1열(1072)에서 감지된다. 그러나, 제3 위치(1052)에 있는 X-ray 생성부(106)가 엑스레이를 조사한 경우, 대상체의 소정 부위(1070)을 통과한 엑스레이는 2차원 디텍터 어레이(1062)의 제1 열 및 제2 열의 중간(1071)에서 감지된다. 즉, 180도만큼 차이 나는 두 개의 뷰인 제1 위치(1051)에 대응되는 뷰와 제3 위치(1052)에 대응되는 뷰에서 조사된 엑스레이들 각각은 디텍터 어레이의 서로 다른 평면에서 감지되는 것이다.
2차원 디텍터 어레이(1061, 1062)의 1열(1072)에 대응되는 제1 슬라이스 영상을 생성하는데 이용되며, 2차원 디텍터 어레이(1061, 1062)의 1열(1072)에서 획득된 단층 데이터는, 제1 위치(1051)에 대응되는 뷰에서와 제3 위치(1052)에 대응되는 뷰에서 동일한 데이터 값을 가져야 한다. 그러나, 제1 위치(1051)에 대응되는 뷰에서 대상체의 소정 부위(1070)을 이미징하기 위한 단층 데이터와 제3 위치(1052)에 대응되는 뷰에서 대상체의 소정 부위(1070)을 이미징하기 위한 단층 데이터는 서로 다른 디텍터 열에 의해서 획득된다.
전술한 바와 같이, 마주보는 두 뷰에서 획득된 단층 데이터의 차이는 전술한 부분 스캔 아티팩트를 야기한다.
또한, 도 10의 (b)를 참조하면, X-ray 생성부(106)가 제1 위치(1051)에 있는 경우를 예로 들면, 콘 각도(cone angle)는 광원인 X-ray 생성부(106)가 위치한 제1 위치(1051)와 2차원 디텍터 어레이(1061) 간의 직선 거리에 대응되는 직선(1091)을 기준으로 콘 빔이 방사되는 각도를 뜻한다. 구체적으로, 디텍터 어레이(1061)의 1열(1072)에 대응되는 제1 슬라이스 영상에서의 콘 각도는 제1 각도(1092), 디텍터 어레이(1061)의 2열(1073)에 대응되는 제2 슬라이스 영상에서의 콘 각도는 제2 각도(1092), 디텍터 어레이(1061)의 3열(1074)에 대응되는 제3 슬라이스 영상에서의 콘 각도는 제3 각도(1094)가 된다. 즉, 콘 각도의 절대 값은 2차원 디텍터 어레이(1061)의 중심에서 양 끝 방향으로 갈수록 증가하는 값을 갖는다.
또한, 콘 각도는 기준점(1095)를 기준으로 Z 축의 양(+)의 방향(1096)에 해당하는 콘 각도는 양의 값을 가지며, Z 축의 음(-)의 방향(1097)에 해당하는 콘 각도는 음의 값을 가진다.
부분 스캔 아티팩트는 디텍터 어레이(예를 들어, 1061)의 중심열(예를 들어, 3, 4, 5, 6 열)에 대응되는 슬라이스 영상들 보다 디텍터 어레이(10610)의 외곽열(예를 들어, 1, 2, 7, 8)에 대응되는 슬라이스 영상들에서 증가한다.
도 11은 복원된 단층 영상에 존재하는 부분 스캔 아티팩트(partial scan artifact)를 설명하기 위한 도면이다.
도 11의 (a)는 복원된 단층 영상에서 발생하는 부분 스캔 아티팩트를 나타내는 일 도면이다. 도 11의 (b)는 복원된 단층 영상에서 발생하는 부분 스캔 아티팩트를 나타내는 다른 도면이다.
도 11의 (a)를 참조하면, 복원된 단층 영상(1110)에는 특정 방향들(1120, 1122, 1123)으로 음영(shading)되는 부분 스캔 아티팩트가 발생하였다.
또한, 도 11의 (b)를 참조하면, 복원된 단층 영상(1150)에는 특정 방향들(1160, 1161)로 음영(shading)되는 부분 스캔 아티팩트가 발생하였다.
부분 스캔 아티팩트의 음영 방향 및 정도는 뷰 또는 콘 각도(cone angle)에 따라서 달라지며, 부분 스캔 아티팩트의 발생은 2차원 디텍터 어레이가, 큰 값을 갖는 멀티 슬라이스에 대응될 때 두드러지게 증가한다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 단층 영상 복원에 적용되는 가중치를 설명하기 위한 일 도면이다.
도 12를 참조하면, 도시된 그래프에 있어서, X 축은 콘 각도(cone angle)을 나타내고, Y 축은 한주기 각도 구간의 각도 값 또는 뷰 값을 나타낸다. 또한, Z 축은 가중치를 나타낸다.
가중치는 콘 각도(cone-angle) 및 한주기 각도 구간의 뷰 값 중 적어도 하나에 근거하여 설정된다. 구체적으로, 가중치는 1회전에 의해서 획득된 단층 데이터 중 한주기 각도 구간에 포함되는 제1 뷰에서의 데이터 및 제1 뷰와 마주보는 제2 뷰에서의 데이터간의 불일치로 인하여 발생하는 아티팩트를 보상하기 위하여, 단층 데이터에 적용되는 값이다. 구체적으로, 영상 복원부(720)는 전술한 데이터 간 불일치를 보상하기 위하여, 한주기 각도 구간에 포함되는 적어도 하나의 뷰에 대응되는 단층 데이터에 가중치를 적용하여 수정 단층 데이터를 획득할 수 있다. 즉, 영상 복원부(720)는 가중치를 이용하여, 도 10 및 도 11을 참조하여 설명한 복원된 단층 영상에서 발생하는 부분 스캔 아티팩트를 보상할 수 있다.
구체적으로, 영상 복원부(720)는 콘 각도가 증가할수록 그리고 한주기 각도 구간을 중심으로 멀어지는 뷰 값에 대응될수록, 감소되는 값으로 가중치를 설정할 수 있다. 즉, 가중치는 뷰 및 콘 각도에 근거하여 설정되며, 뷰 값이 증가할수록 그리고 콘 각도가 증가할수록 감소되는 값을 가질 수 있다.
또는, 가중치는 뷰에 근거하여 설정되며, 한주기 각도 구간을 중심으로 한주기 각도 구간의 중심에서 멀어지는 뷰 값에 대응될수록, 감소되는 값을 가질 수 있다.
또는, 가중치는 콘 각도에 근거하여 설정되며, 콘 각도가 증가할수록 감소되는 값을 가질 수 있다.
도 12에서는, 가중치가 콘 각도 및 뷰 값 모두에 근거하는 값으로 설정되어, 가중치가 콘 각도 및 뷰 값 모두에 의존하는(dependent) 값으로 설정되는 경우를 예로 들어 도시하였다. 또한, 가중치의 최대값은 1이 되는 경우를 예로 들어 도시하고, 한주기 각도 구간이 180+a 도 값을 갖는 경우를 예로 들어 도시하였다. 또한, 콘 각도의 상한 c 는 45도가 될 수 있으며, 콘 각도의 하한인 c 는 -45도가 될 수 있을 것이다. 이하에서는 콘 각도가 -45도 내지 45도 값을 갖는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 12를 참조하면, 가중치는 콘 각도가 0 도인 경우(Y 축상)을 기준으로, 좌우 대칭되는 형태를 가진다. 즉, 절대 값이 동일한 콘 각도에서는 동일한 가중치가 설정된다. 구체적으로, 가중치는 YZ 평면을 기준으로 대칭되는 형태를 가질 수 있다. 또한, 양의 콘 각도는 도 10에서 설명한 Z 축의 양(+)의 방향(1096)에 해당하는 콘 각도에 대응되며, 음의 콘 각도는 도 10에서 설명한 Z 축의 음(-)의 방향(1097)에 해당하는 콘 각도에 대응된다.
도 12를 참조하면, 콘 각도의 절대값이 커질수록 한주기 각도 구간 내에서 최대 가중치인 1 값을 갖는 뷰 구간이 감소한다. 또한, 소정 콘 각도에 있어서, 한주기 각도 구간의 중심(1220)을 기준으로 일정 각도 구간에서는 가중치가 최대 값인 1값을 유지하며, 일정 각도 구간을 벗어나는 구간에서는 중심(1220)에서 멀어지는 뷰일수록 가중치가 감소한다.
가중치가 콘 각도 및 뷰 값 모두에 의존하는(dependent) 값으로 도 12에 도시된 그래프(1210)의 형태를 갖는다. 여기서, 가중치의 구체적인 수치값은 실험적으로 최적화되어 설정될 수 있다. 또한, 사용자는 사용자 인터페이스부(750)를 통하여 출력되는 가중치 설정을 위한 사용자 인터페이스 화면을 통하여, 가중치를 나타내는 그래프(1210)의 상세 형태 및 구체적인 수치 값을 설정할 수 있다.
또한, 가중치는 소정 콘 각도 및 뷰에서 획득된 프로젝션 데이터가 대상체를 이미징하는데 기여하는 정도와 비례할 수 있다. 즉, 가중치 값이 큰 값을 가지면 해당 콘 각도 및 뷰에서 획득된 프로젝션 데이터가 대상체를 이미징하는 기여하는 정도가 크며, 가중치 값이 작은 값을 가지면 해당 콘 각도 및 뷰에서 획득된 프로젝션 데이터가 대상체를 이미징하는 기여하는 정도가 작아진다.
가중치는 슬라이스 및 뷰 별 단층 데이터에 개별적으로 적용된다. 슬라이스 및 뷰 별로 단층 데이터에 적용되는 가중치는 이하에서 도 13을 참조하여 상세히 설명한다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 단층 영상 복원에 적용되는 가중치를 설명하기 위한 다른 도면이다. 구체적으로, 도 13의 (a)를 참조하면, 콘 각도의 절대값이 가장 큰 값이 될 때의 가중치를 나타내는 그래프가 도시된다. 그리고, 도 13의 (b)를 참조하면, 콘 각도의 절대값이 콘 각도 범위의 중간 값이 될 때의 가중치를 나타내는 그래프가 도시된다. 그리고, 도 13의 (c)를 참조하면, 콘 각도의 절대값이 가장 작은 값이 될 때의 가중치를 나타내는 그래프가 도시된다.
또한, 도 13에 도시된 그래프에 있어서, x 축은 한주기 각도 구간 또는 한주기 각도 구간에 포함되는 뷰 값을 나타내며, y 축은 가중치를 나타낸다.
가중치는 소정 콘 각도에 대응되는 단층 데이터에 있어서, 한주기 각도 구간에 포함되는 제1 뷰에서의 데이터 및 제1 뷰와 마주보는 제2 뷰에서의 데이터가 불일치 하는 정도에 반비례하는 값으로 설정될 수 있다. 구체적으로, 제1 뷰에서 획득된 단층 데이터와 제2 뷰에서 획득된 단층 데이터 간의 데이터 불일치 정도가 크면 가중치는 작은 값으로 설정된다. 그리고, 제1 뷰에서 획득된 단층 데이터와 제2 뷰에서 획득된 단층 데이터 간의 데이터 불일치 정도가 작으면 가중치가 큰 값으로 설정될 수 있다.
도 10의 (b)를 참조하여 설명한 바와 같이, 콘 각도가 증가할수록 대응되는 슬라이스 영상을 복원하기 위해서 획득된 단층 데이터 내에서, 제1 뷰에서 획득된 단층 데이터와 제2 뷰에서 획득된 단층 데이터 간의 데이터 불일치 정도가 커진다. 그러므로, 가중치는 콘 각도에 대응되는 디텍터 어레이의 슬라이스의 위치에 근거하여 설정될 수 있다. 구체적으로, 콘 각도에 따라서, 한주기 각도 구간에 대응되는 단층 데이터들, 예를 들어, 한주기 각도 구간에서 획득된 프로젝션 데이터들,에 적용될 가중치를 상이하게 설정할 수 있다.
따라서, 마주보는 뷰 간의 데이터 불일치에 의해서 발생하는 부분 스캔 아티팩트를 보상하기 위해서, 영상 복원부(720)는 대상체를 이미징하는데 있어서, 가중치를 이용하여 데이터 불일치가 발생하는 마주보는 뷰 구간에서 획득된 단층 데이터의 영향을 감소시킨다.
가중치는 단층 데이터에 직접 적용되는 값이 된다. 구체적으로, 가중치는 가중치에 비례 또는 종속하는 값을 갖는 수정 단층 데이터를 획득하기 위해서, 단층 데이터에 직접 적용되는 값이다.
구체적으로, 가중치는 단층 데이터에 곱셈 연산되는 값으로, 영상 복원부(720) 가중치와 단층 데이터를 곱셈 연산하여 수정 단층 데이터를 획득할 수 있다. 또한, 영상 복원부(720)는 곱셈 연산 이외에도, 단층 데이터를 가중치에 비례 또는 종속하는 값으로 변경하여 수정 단층 데이터가 획득될 수 있도록 하는, 다양한 연산을 이용할 수 있다.
구체적으로, 절반 복원 방식에서의 한주기 각도 구간에서 양쪽 끝 구간에서 획득된 단층 데이터에 적용되는 가중치를 감소시킬 수 있다. 그에 따라서, 감소된 가중치와 단층 데이터를 곱하여 획득된 수정 단층 데이터 값은 단층 데이터 값에 비하여 감소하게 되며, 대상체를 이미징하는데 기여하는 정도 또한 감소하게 된다.
도 13의 (a)를 참조하면, 그래프(1310)는 도 12에서 도시된 그래프(1210)의 콘 각도가 c 값을 가질때의 yz 평면에 나타나는 가중치 그래프를 나타낸다.
도 13의 (a)를 참조하면, 콘 각도의 절대 값이 최대 값인 c 값을 가질 때, 한주기 각도 구간에 포함되는 제1 뷰에서의 데이터 및 상기 제1 뷰와 마주보는 제2 뷰에서의 데이터가 불일치 하는 정도가 최대가 된다.
도 13의 (b)를 참조하면, 그래프(1320)는 도 12에서 도시된 그래프(1210)의 콘 각도의 절대 값이 c/2 값을 가질 때 yz 평면에 나타나는 가중치 그래프를 나타낸다.
도 13의 (b)를 참조하면, 콘 각도의 절대 값이 c/2 값을 가질 때, 한주기 각도 구간에 포함되는 제1 뷰에서의 데이터 및 상기 제1 뷰와 마주보는 제2 뷰에서의 데이터가 불일치 하는 정도는 콘 각도의 절대 값이 c 값을 가질 때에 비하여 감소한다.
도 13의 (c)를 참조하면, 그래프(1330)는 도 12에서 도시된 그래프(1210)의 콘 각도의 절대 값이 최소 값인 0 값을 가질때의 yz 평면에 나타나는 가중치 그래프를 나타낸다.
도 13의 (c)를 참조하면, 콘 각도의 절대 값이 0 값을 가질 때, 한주기 각도 구간에 포함되는 제1 뷰에서의 데이터 및 상기 제1 뷰와 마주보는 제2 뷰에서의 데이터가 불일치 하는 정도는 콘 각도의 절대 값이 c/2 값을 가질 때에 비하여 감소한다. 또한, 전체 콘 각도 구간에 있어서, 콘 각도의 절대 값이 0 값을 가질 때 한주기 각도 구간에 포함되는 제1 뷰에서의 데이터 및 상기 제1 뷰와 마주보는 제2 뷰에서의 데이터가 불일치 하는 정도가 최소가 된다.
따라서, 도 13의 (a), (b), 및 (c)를 참조하면, 가중치를 나타내는 그래프에 있어서, 콘 각도의 절대 값이 최대인 c 값을 가질 때, 가중치 그래프(1310)에서 가중치가 최대값을 갖는 뷰의 구간 또는 각도 구간이 최소가 된다. 그리고, 가중치를 나타내는 그래프에 있어서, 콘 각도의 절대 값이 최소 값인 0 값을 가질 때, 가중치 그래프(1330)에서 가중치가 최대값을 갖는 뷰의 구간 또는 각도 구간이 최대가 된다.
구체적으로, 콘 각도의 절대 값이 최대인 c 값을 가질 때, 가중치 그래프(1310)에서 뷰 값이 a1 값을 가질 때 가중치가 1이고, a1 값을 기준으로 뷰 값이 a1 이하가 될 때 뷰 값에 비례하여 가중치가 감소된다. 또한, 도 13의 (a)에서는 뷰 값이 a1 이하가 될 때, 가중치와 뷰 값이 선형성을 갖는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 가중치와 뷰 값은 상호 비례하면 되며 선형 이외의 다른 형태의 관계를 가질 수도 있을 것이다.
그리고, 콘 각도의 절대 값이 중간 값인 c/2 값을 가질 때, 가중치 그래프(1320)에서 뷰 값이 a3 값을 가질 때 가중치가 1이고, a3 값을 기준으로 뷰 값이 a3 이하가 될 때 뷰 값에 비례하여 가중치가 감소된다. 또한, 도 13의 (b)에서는 뷰 값이 a3 이하가 될 때, 가중치와 뷰 값이 선형성을 갖는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 가중치와 뷰 값은 상호 비례하면 되며 선형 이외의 다른 형태의 관계를 가질 수도 있을 것이다.
그리고, 콘 각도의 절대 값이 최소인 0 값을 가질 때, 가중치 그래프(1330)에서 뷰 값이 a5 값을 가질 때 가중치가 1이고, a5 값을 기준으로 뷰 값이 a5 이하가 될 때 뷰 값에 비례하여 가중치가 감소된다. 또한, 도 13의 (c)에서는 뷰 값이 a5 이하가 될 때, 가중치와 뷰 값이 선형성을 갖는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 가중치와 뷰 값은 상호 비례하면 되며 선형 이외의 다른 형태의 관계를 가질 수도 있을 것이다.
여기서, a1, a3,및 a5 값은 a1 > a3 > a5 의 관계에 있다.
또한, 도 13의 (a), (b), 및 (c)를 참조하면, 소정 콘 각도에 대응되는 가중치를 나타내는 가중치 그래프는 한주기 각도 구간의 180 + a 구간의 중심 c(1311)을 중심으로 좌우 대칭되는 형태를 갖는다.
또한, 소정 슬라이스에 대응되는 소정 콘 각도에서 한주기 각도 구간에서 획득된 단층 데이터는 0 도 내지 180+a 각도 구간에 포함되는 복수개의 뷰들 각각에서 획득된 프로젝션 데이터들을 포함한다. 따라서, 수정 단층 데이터를 획득하는데 있어서, 각 뷰 별 프로젝션 데이터에 가중치를 곱하여, 수정 단층 데이터를 획득하게 된다.
또한, 도 13의 (b)를 예로 들어 설명하면, 영상 복원부(720)는 콘 각도의 절대 값이 c/2 이고 뷰가 a4 뷰인 경우에 획득된 프로젝션 데이터에는 가중치 0.5를 곱하여 a4 뷰에 해당하는 수정 프로젝션 데이터를 획득한다. 그리고, 콘 각도의 절대 값이 c/2 이고 뷰가 a2 뷰인 경우에 획득된 프로젝션 데이터에는 가중치 0.8을 곱하여 a2 뷰에 해당하는 수정 프로젝션 데이터를 획득한다. 그리고, 콘 각도의 절대 값이 c/2 이고 뷰가 a3 뷰인 경우에 획득된 프로젝션 데이터에는 가중치 1을 곱하여 a3 뷰에 해당하는 수정 프로젝션 데이터를 획득한다. 그리고, 수정 단층 데이터는 복수개의 슬라이스 별로, 한주기 각도 구간에 포함되는 모든 뷰들 각각에서 획득된 수정 프로젝션 데이터들을 포함한다.
영상 복원부(720)는 단층 데이터에 가중치를 적용하여 획득된 수정 단층 데이터를 여과 역투영(filtered back-projection)하여 단층 영상을 복원할 수 있다. 또는, 영상 복원부(720)는 단층 데이터에 가중치를 적용하여 획득된 수정 단층 데이터를 역투영(back-projection)하여 단층 영상을 복원할 수 있다.
구체적으로, 단층 데이터가 한주기 각도 구간에 포함되는 복수개의 뷰에 대응되는 복수개의 프로젝션 데이터를 포함할 때, 영상 복원부(720)는 한주기 각도 구간에 대응되는 복수개의 프로젝션 데이터 각각에 가중치를 적용하여 획득된 복수개의 수정 프로젝션 데이터를 역투영(back-projection) 또는 여과 역투영(filtered back-projection)하여 단층 영상을 복원할 수 있다.
여과 역투영 동작을 수행하여 단층 영상을 복원하는 동작은 이하에서 도 15를 참조하여 상세히 설명한다.
또한, 영상 복원부(720)는 슬라이스 별로 단층 영상의 복원 동작을 수행한다. 구체적으로, 영상 복원부(720)는 소정 콘 각도에 대응되는 소정 슬라이스 별로 가중치를 설정한다. 여기서, 소정 슬라이스 별로 설정되는 가중치는 한주기 각도 구간에 포함되는 복수개의 뷰에 대응되는 복수개의 가중치 값들을 포함하며, 도 12 및 도 13에서 도시된 그래프와 같이 설정될 수 있다.
그리고, 소정 슬라이스 별 가중치를 이용하여 소정 슬라이스에 대응되는 단층 영상을 획득한다.
영상 복원부(720)는 소정 슬라이스 별로 개별적으로 설정되는 가중치를, 단층 데이터에 적용하여 단층 영상을 복원하므로, 멀티 슬라이스 영상에 포함되는 복수개의 슬라이스 별 단층 영상들의 노이즈 특성은 서로 상이할 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 단층 영상 복원에 적용되는 가중치를 설명하기 위한 다른 도면이다.
구체적으로, 도 14의 (a)는 콘 각도의 절대값이 최소값인 0 값일 때, 대상체(1401)를 중심으로 한주기 각도 구간인 180+a 도 회전하며 단층 데이터를 획득하는 동작을 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 14의 (b)는 콘 각도의 절대값이 최대값인 c = 45 도 값일 때, 대상체(1401)를 중심으로 한주기 각도 구간인 180+a 도 회전하며 단층 데이터를 획득하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 14의 (a)를 참조하면, X-ray 생성부(106)는 궤적(1410)을 따라 회전하며 대상체(1401)로 엑스레이를 조사하며, 대상체를 투과한 엑스레이를 X-ray 검출부(108)에 포함되는 2차원 디텍터 어레이(미도시)가 감지한다. 데이터 획득부(710)는 한주기 각도 구간(1405)에 포함되는 복수개의 뷰에 대응되는 복수개의 프로젝션 데이터들을 획득한다. 곡선(1450)은 각 뷰에서 획득된 프로젝션 데이터가 대상체를 이미징하는데 기여하는 정도를 나타내기 위한 참조선이다. 구체적으로, 궤적(1410)과 곡선(1450) 사이의 간격이 각 뷰에서 획득된 프로젝션 데이터가 대상체를 이미징하는데 기여하는 정도를 나타낼 수 있다.
구체적으로, a5 뷰(1441)에서 궤적(1410)과 곡선(1450) 사이의 간격이 최대가 되고, ((180+a)-a5) 뷰(1446)에서 궤적(1410)과 곡선(1450) 사이의 간격이 최대가 된다. 또한, a5 뷰(1441)에서부터 ((180+a)-a5) 뷰(1446)까지의 구간에서 궤적(1410)과 곡선(1450) 사이의 간격이 최대가 된다. 그러므로, a5 뷰(1441)에서 획득된 프로젝션 데이터부터 ((180+a)-a5) 뷰(1446)에서 획득된 프로젝션 데이터까지는 대상체를 이미징하는 완전히 기여한다. 그러나, a 5 뷰(1441) 이전의 각도 구간(1461) 및 ((180+a)-a5) 뷰(1446) 이후의 각도 구간(1462)에 포함되는 복수개의 뷰에서 획득된 프로젝션 데이터들은 대상체를 이미징하는데 기여하는 정도가 감소된다.
구체적으로, a5 뷰(1441) 이전의 각도 구간(1461) 및 ((180+a)-a5) 뷰(1446) 이후의 각도 구간(1462)에서는 부분 스캔 아티팩트가 증가하게 된다. 따라서, 영상 복원부(720)는 가중치를 이용하여, a 5 뷰(1441) 이전의 각도 구간(1461) 및 ((180+a)-a5) 뷰(1446) 이후의 각도 구간(1462)에서 획득된 프로젝션 데이터들이 대상체를 이미징하는데 기여하는 정도를 감소시켜, 부분 스캔 아티팩트가 적응적으로 감소될 수 있도록 한다.
도 14의 (b)를 참조하면, X-ray 생성부(106)는 궤적(1410)을 따라 회전하며 대상체(1401)로 엑스레이를 조사하며, 대상체를 투과한 엑스레이를 X-ray 검출부(108)에 포함되는 2차원 디텍터 어레이(미도시)가 감지한다. 데이터 획득부(710)는 한주기 각도 구간(1405)에 포함되는 복수개의 뷰에 대응되는 복수개의 프로젝션 데이터들을 획득한다. 곡선(1420)은 각 뷰에서 획득된 프로젝션 데이터가 대상체를 이미징하는데 기여하는 정도를 나타내기 위한 참조선이다. 구체적으로, 궤적(1410)과 곡선(1420) 사이의 간격이 각 뷰에서 획득된 프로젝션 데이터가 대상체를 이미징하는데 기여하는 정도를 나타낼 수 있다.
구체적으로, a1 뷰(1421)에서 궤적(1410)과 곡선(1420) 사이의 간격(1422)이 최대가 되고, ((180+a)-a1) 뷰(1423)에서 궤적(1410)과 곡선(1420) 사이의 간격(1424)이 최대가 된다. 또한, a1 뷰(1421)에서부터 ((180+a)-a1) 뷰(1423)까지의 구간에서 궤적(1410)과 곡선(1420) 사이의 간격이 최대가 된다. 그러므로, a1 뷰(1421)에서 획득된 프로젝션 데이터부터 ((180+a)-a1) 뷰(1423)에서 획득된 프로젝션 데이터까지는 대상체를 이미징하는 완전히 기여한다. 그러나, a1 뷰(1421) 이전의 각도 구간(1431) 및 ((180+a)-a1) 뷰(1423) 이후의 각도 구간(1432)에 포함되는 복수개의 뷰에서 획득된 프로젝션 데이터들은 대상체를 이미징하는데 기여하는 정도가 감소된다.
구체적으로, a1 뷰(1421) 이전의 각도 구간(1431) 및 ((180+a)-a1) 뷰(1423) 이후의 각도 구간(1432)에서는 부분 스캔 아티팩트가 증가하게 된다. 따라서, 영상 복원부(720)는 가중치를 이용하여, a1 뷰(1421) 이전의 각도 구간(1431) 및 ((180+a)-a1) 뷰(1423) 이후의 각도 구간(1432)에서 획득된 프로젝션 데이터들이 대상체를 이미징하는데 기여하는 정도를 감소시켜, 부분 스캔 아티팩트가 적응적으로 감소될 수 있도록 한다.
도 15a 및 15b는 본 발명의 실시예에 따른 단층 영상의 복원 동작을 설명하기 위한 일 도면이다. 구체적으로, 도 15a 및 15b는 소정 콘 각도에 대응되는 슬라이스 영상을 복원하기 위한 영상 복원부(720)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 도 15a는 소정 콘 각도에서 적용되는 가중치를 나타내는 가중치 그래프이다. 그리고, 도 15b는 소정 콘 각도에 대응되는 슬라이스 영상을 복원하기 위한, 한주기 각도 구간에서의 프로젝션 데이터 획득을 나타내는 도면이다.
도 15a를 참조하면, 콘 각도의 절대 값이 20도인 경우를 예로 들어서, 해당 콘 각도에 대응되는 슬라이스 영상을 복원하기 위한 단층 데이터에 적용되는 가중치 그래프(1590)가 도시된다. 또한, x 축은 한주기 각도 구간 또는 한주기 각도 구간에 포함되는 뷰 값을 나타내며, y 축은 가중치를 나타낸다.
구체적으로, 가중치 그래프(1590)에 있어서, 60 도 내지 210도의 뷰 구간에서는 가중치인 최대값인 1 값을 가지며, 그 이외의 구간에서는 1 미만의 값을 갖는다.
도 15b를 참조하면, X-ray 생성부(106)가 대상체(1501)를 중심으로 회전하며 단층 촬영을 수행한다. 대상체(1501)은 내부적으로 적어도 하나의 장기 및/또는 조직을 포함할 수 있다. 도 15b에서는 대상체(1501)가 원형의 형태를 갖는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 15b에서는 X-ray 생성부(106)가 대상체(1501)를 중심으로 회전하며 단층 촬영을 수행하며, 여과 역투영법(Filtered Back Projection)을 이용하여 단층 영상을 복원하는 경우를 예로 들어 설명한다. 또한, 대상체(1501)가 도시된 바와 같이 원형의 형태를 갖는 경우를 예로 들어 도시한다. 또한, 도 8, 도 12 및 도 13 에서 설명한 바와 같이 한주기 각도 구간은 180+a 도가 되나, 도 15b에서는 설명의 편의상 180도 회전하며 단층 촬영을 수행하는 경우를 예로 들어 도시하였다. 구체적으로, 한주기 각도 구간인 180+a 에서 a =90 인 경우를 예로 들어, 한주기 각도 구간은 0도부터 270도 각도 구간으로 270도가 될 수 있다.
도 15b에서는 설명의 편의상, X-ray 생성부(106)가 180도 구간, 구체적으로, 45도 내지 225도의 각도 구간,에 대응되는 제1 시점(T1) 내지 제2 시점(T2)까지 회전하며 단층 촬영을 수행하는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 15b를 참조하면, X-ray 생성부(106)가 원형의 소스 궤적(1510)을 따라 이동하며 소정 각도 간격을 갖는 복수개의 지점들 각각에서 대상체로 엑스레이를 조사하여, 프로젝션 데이터(projection data)를 획득한다. 도 15b 에 있어서, 소스 궤적(1510)에 포함되는 복수개의 지점들 각각이 뷰(view)를 나타낸다. 그리고, 데이터 획득부(710)는 프로젝션 데이터를 필터링하여 획득한 필터링된 프로젝션 데이터(filtered projection data)를 획득한다.
도 15b에 있어서, 소스 궤적(1510) 상에 위치하는 복수개의 점들은 X-ray 생성부(106)가 위치하여 엑스레이를 방출하는 지점들을 나타낸다. 또한, 도 15b 에 있어서, 소스 궤적(1510) 상에 위치하는 복수개의 지점들 각각이 뷰(view)를 나타낸다. 예를 들어, X-ray 생성부(106)는 0.5도 간격, 1도 간격, 또는 3도 간격 등과 같은 소정 각도 간격마다 이동하며, 대상체(1501)로 엑스레이를 방출할 수 있다. 제1 시점(T1)에서 회전을 시작하여 제2 시점(T2)까지 회전한다. 따라서, 제1 시점(T1)은 회전 각도 0도에, 제2 시점(T2)은 회전 각도 180도에 대응된다.
또한, 도 15b에 있어서, 도시된 복수개의 대상체들(1513, 1514, 1515, 1516, 1517) 각각은 한주기 각도 구간에 포함되는 복수개의 시점들(T1, T12, T13, T14, T2) 각각에서의 대상체를 나타낸다. 또한, 도 15b에 있어서, 복수개의 시점들(T1, T12, T13, T14, T2) 각각에서 대상체의 상태가 동일한, 움직이지 않는 대상체를 예로 들어 도시하였으나, 대상체는 심장, 복부 장기 등과 같이 움직이는 대상체가 될 수 있다.
구체적으로, X-ray 생성부(106)가 제1 시점(T1)에서 대상체(1501)로 엑스레이를 조사하면, 방향(1532)으로 방출된 엑스레이가 대상체(1513)를 투과하여 신호(1531)를 획득한다. 획득된 신호(1531)는 물질에 따른 엑스레이의 투과율 차이로 인하여 대상체의 표면에서 신호값이 달라질 수 있다. 구체적으로, 엑스레이 조사 방향(1532)에 평행한 방향으로 배열된 표면에서 신호값이 달라질 수 있다.
또한, X-ray 생성부(106)가 제3 시점(T12)에서 대상체(1501)로 엑스레이를 조사하면, 방향(1534)으로 방출된 엑스레이가 대상체(1514)를 투과하여 신호(1533)를 획득한다. 획득된 신호(1533)는 엑스레이 조사 방향(1534)에 평행한 방향으로 배열된 표면에서 신호값이 달라질 수 있다.
또한, X-ray 생성부(106)가 제4 시점(T13)에서 대상체(1501)로 엑스레이를 조사하면, 방향(1536)으로 방출된 엑스레이가 대상체(1515)를 투과하여 신호(1535)를 획득한다. 획득된 신호(1535)는 엑스레이 조사 방향(1536)에 평행한 방향으로 배열된 표면에서 신호값이 달라질 수 있다.
또한, X-ray 생성부(106)가 제5 시점(T14)에서 대상체(1501)로 엑스레이를 조사하면, 방향(1538)으로 방출된 엑스레이가 대상체(1516)를 투과하여 신호(1537)를 획득한다. 획득된 신호(1537)는 엑스레이 조사 방향(1538)에 평행한 방향으로 배열된 표면에서 신호값이 달라질 수 있다.
또한, X-ray 생성부(106)가 제2 시점(T2)에서 대상체(1501)로 엑스레이를 조사하면, 방향(1524)으로 방출된 엑스레이가 대상체(1517)를 투과하여 신호(1539)를 획득한다. 획득된 신호(1539)는 엑스레이 조사 방향(1524)에 평행한 방향으로 배열된 표면에서 신호값이 달라질 수 있다.
또한, 제1 시점(T1)에 있어서, 신호(1531)는 방향(1532)으로 배열되는 표면에 대한 정보를 포함하고 있어서, 신호(1531)를 여과 역투영하여 획득된 프로젝션 데이터(1551)는 방향(1532)으로 배열되는 표면을 이미징하는데 기여한다. 또한, 제3 시점(T12)에 있어서, 신호(1533)는 방향(1534)으로 배열되는 표면에 대한 정보를 포함하고 있어서, 신호(1533)에 대응되는 필터링된 프로젝션 데이터는 방향(1534)으로 배열되는 표면을 이미징하는데 기여한다. 즉, 각 뷰에서 획득된 프로젝션 데이터는 각각 각 뷰에 대응되는 대상체의 표면을 이미징하는데 기여하게 된다. 이는, 대상체(1501)를 평행 빔으로 프로젝션하여 획득된 프로젝션 데이터의 값과 영상의 주파수 성분 간의 관계를 나타내는 퓨리에 슬라이스 정리(Fourier slice theorem)로도 설명 가능하다. 여기서, '뷰(view)'는 X-ray 생성부(106)가 대상체를 엑스레이를 조사하는 방향, 위치 및/또는 회전 각도 등에 대응된다.
또한, 도 3에서 설명한 DAS(116)에서 신호(예를 들어, 1531)를 획득할 수 있으며, 그리고, 영상 처리부(126)에서 획득된 신호(1531)를 가공하여 필터링된 프로젝션 데이터로 생성할 수 있다. 그리고, 필터링된 프로젝션 데이터를 역투영하여 영상을 획득한다.
또한, 도 3에서 설명한 DAS(116)에서 신호(예를 들어, 1531)에 근거하여 픽셀 값들로 표현되는 프로젝션 데이터를 획득할 수 있다.
데이터 획득부(710)는 단층 데이터인 프로젝션 데이터를 획득하고, 영상 복원부(720)는 단층 데이터인 프로젝션 데이터에 가중치를 적용하여 수정 단층 데이터인 수정 프로젝션 데이터를 획득할 수 있다. 구체적으로, 영상 복원부(720)는 소정 뷰에 대응되는 프로젝션 데이터에 소정 뷰에 대응되는 가중치를 곱하여, 수정 프로젝션 데이터를 획득할 수 있다.
구체적으로, 제1 시점(T1)에 있어서, DAS(116)는 획득된 신호(1531)에 근거하여, 이미징될 대상체를 나타내는 픽셀 값들을 포함하는 프로젝션 데이터(1551)를 획득한다. 또한, 데이터 획득부(710)는 프로젝션 데이터(1551)를 획득 또는 수신한다. 또한, 도 15a를 참조하면, 제1 시점(T1)에 대응되는 뷰인 40도 뷰에 대응되는 가중치는 0.5 가 된다. 따라서, 영상 복원부(720)는 프로젝션 데이터(1551)에 제1 시점(T1)에 대응되는 뷰에서의 가중치인 0.5를 곱하여 수정 프로젝션 데이터(1561)을 획득한다. 구체적으로, '0,2,2,0' 픽셀 값들을 포함하는 프로젝션 데이터(1551)에 가중치 0.5를 곱하여 '0,1,1,0' 픽셀 값들을 포함하는 수정 프로젝션 데이터(1561)을 획득한다.
또한, 제3 시점(T12)에 있어서, DAS(116)는 획득된 신호(1533)에 근거하여, 이미징될 대상체를 나타내는 픽셀 값들을 포함하는 프로젝션 데이터(1552)를 획득한다. 또한, 데이터 획득부(710)는 프로젝션 데이터(1552)를 획득 또는 수신한다. 또한, 도 15a를 참조하면, 제3 시점(T12)에 대응되는 뷰인 90도 뷰에 대응되는 가중치는 1 이 된다. 따라서, 영상 복원부(720)는 프로젝션 데이터(1552)에 제3 시점(T12)에 대응되는 뷰에서의 가중치인 1을 곱하여 수정 프로젝션 데이터(1562)을 획득한다. 구체적으로, '0,2,2,0' 픽셀 값들을 포함하는 프로젝션 데이터(1552)에 가중치 1을 곱하여 '0,2,2,0' 픽셀 값들을 포함하는 수정 프로젝션 데이터(1562)을 획득한다.
또한, 제4 시점(T13)에 있어서, DAS(116)는 획득된 신호(1535)에 근거하여, 이미징될 대상체를 나타내는 픽셀 값들을 포함하는 프로젝션 데이터(1553)를 획득한다. 또한, 데이터 획득부(710)는 프로젝션 데이터(1553)를 획득 또는 수신한다. 또한, 도 15a를 참조하면, 제4 시점(T13)에 대응되는 뷰인 135도 뷰에 대응되는 가중치는 1 이 된다. 따라서, 영상 복원부(720)는 프로젝션 데이터(1553)에 제4 시점(T13)에 대응되는 뷰에서의 가중치인 1을 곱하여 수정 프로젝션 데이터(1563)을 획득한다.
또한, 제5 시점(T14)에 있어서, DAS(116)는 획득된 신호(1537)에 근거하여, 이미징될 대상체를 나타내는 픽셀 값들을 포함하는 프로젝션 데이터(1554)를 획득한다. 또한, 데이터 획득부(710)는 프로젝션 데이터(1554)를 획득 또는 수신한다. 또한, 도 15a를 참조하면, 제4 시점(T13)에 대응되는 뷰인 180도 뷰에 대응되는 가중치는 1 이 된다. 따라서, 영상 복원부(720)는 프로젝션 데이터(1554)에 제5 시점(T14)에 대응되는 뷰에서의 가중치인 1을 곱하여 수정 프로젝션 데이터(1564)을 획득한다.
또한, 제2 시점(T2)에 있어서, DAS(116)는 획득된 신호(1539)에 근거하여, 이미징될 대상체를 나타내는 픽셀 값들을 포함하는 프로젝션 데이터(1556)를 획득한다. 또한, 데이터 획득부(710)는 프로젝션 데이터(1556)를 획득 또는 수신한다. 또한, 도 15a를 참조하면, 제2 시점(T2)에 대응되는 뷰인 230도 뷰에 대응되는 가중치는 0.5 가 된다. 따라서, 영상 복원부(720)는 프로젝션 데이터(1556)에 제2 시점(T2)에 대응되는 뷰에서의 가중치인 0.5를 곱하여 수정 프로젝션 데이터(1565)을 획득한다.
도 15b에서는 설명의 편의 상, 한주기 각도 구간에 포함되는 5개의 뷰인 40 도 뷰, 90도 뷰, 135도 뷰, 180도 뷰, 및 230도 뷰에서 획득된 단층 데이터들 각각에 가중치를 적용하여 5개 뷰에 대응되는 수정 단층 데이터들을 획득하는 것을 예로 들어 설명하였다. 그러나, 한주기 각도 구간에 포함되는 모든 뷰마다 가중치를 적용하여 수정 단층 데이터를 획득한다.
또한, 가중치는 몇 개의 뷰를 포함하는 하나의 뷰 그룹마다 설정될 수 있다. 예를 들어, 한주기 각도 구간이 270도 이고, X-ray 생성부(106)가 1도 간격으로 이동하며 단층 촬영을 수행할 때, 프로젝션 데이터들을 획득하게 되는 뷰는 1 도 뷰, 2 도 뷰, 3도 뷰,,,, 내지 270도 뷰가 될 것이다. 이 경우, 3개의 뷰들을 그룹핑하여, 1도 뷰, 2도 뷰, 및 3도 뷰에서 제1 가중치를 적용하고, 4도 뷰, 5도 뷰, 및 6도 뷰에서 제2 가중치를 적용하고, 7도 뷰, 8도 뷰, 및 9도 뷰에서 제3 가중치를 적용할 수도 있을 것이다.
또한, 도 15b에서는 설명의 편의 상, 한주기 각도 구간에 포함되는 모든 뷰에서 획득된 모든 프로젝션 데이터들에 가중치를 적용하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 한주기 각도 구간에 포함되는 일부 뷰에서 획득된 프로젝션 데이터들에만 가중치를 적용할 수도 있을 것이다. 예를 들어, 한주기 각도 구간의 중심에 대응되는 각도 구간인 중심 구간에서는 부분 스캔 아티팩트가 적게 발생하고, 한주기 각도 구간에서 중심 구간을 제외한 양 측면 구간인 경계 구간에서는 부분 스캔 아티팩트가 많이 발생한다. 그러므로, 경계 구간에서 획득된 프로젝션 데이터들에만 가중치를 적용하여 수정 프로젝션 데이터들을 획득하고, 중심 구간에서 획득된 프로젝션 데이터들은 가중치를 적용하지 않고 그대로 단층 영상을 복원하는데 이용할 수 있을 것이다.
따라서, 영상 복원부(720)는 단층 데이터 중 한주기 각도 구간에 포함되는 제1 뷰에서의 데이터 및 제1 뷰와 마주보는 제2 뷰에서의 데이터간의 불일치를 보상하기 위하여, 한주기 각도 구간에 포함되는 적어도 하나의 뷰에 대응되는 단층 데이터에만 가중치를 적용하여 수정 단층 데이터를 획득할 수 있을 것이다.
도 15b를 참조하여 설명한 바와 같이, 영상 복원부(702)는 수정 프로젝션 데이터들을 획득하고, 획득된 수정 프로젝션 데이터들을 누적하면서 역투영(backprojection)하여 단층 영상을 복원한다. 즉, 프로젝션 데이터를 이미지 픽셀들에 뿌려주는 역투영(backprojection) 과정을 통하여 대상체를 나타내는 영상을 획득할 수 있다. 구체적으로, 영상 복원부(702)는 수정 프로젝션 데이터들을 필터링하여 필터링된 수정 프로젝션 데이터들을 획득하고, 필터링된 수정 프로젝션 데이터들을 누적하면서 역투영하는 여과 역투영(filtered-backprojection) 동작을 수행하여 단층 영상을 복원한다.
이하에서는, 도 16을 참조하여, 영상 복원부(720)가 여과 역투영 동작의 수행에 따른 단층 영상 복원하는 동작을 설명한다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 단층 영상의 복원 동작을 설명하기 위한 다른 도면이다.
도 16의 (a)는 X-ray 생성부(106)가 대상체(1801)를 중심으로 회전하며 단층 촬영을 수행하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 16의 (b)는 단층 촬영을 통하여 획득된 로 데이터를 필터링하여 획득한 프로젝션 데이터들을 역투영하는 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 16의 (a)에 도시된 도면은 도 15b에 도시된 도면에서와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
도 16에서는 도 15b에서와 마찬가지로, 한주기 각도 구간이 180도 인 경우를 예로 들어 도시하였다. 또한, 도 16의 (b)에 있어서, 1 뷰(1 view)는 도 16의 (a)에 도시된 제1 시점 (T1)에 대응되며, '180 도 누적'은 도 16의 (a)에 도시된 제1 시점(T1) 내지 제2 시점(T2) 구간 동안에 획득된 데이터의 누적을 의미한다.
도 16의 (b)를 참조하면, 제1 시점(T1)에 대응되는 역투영 영상(1651)에는 제1 시점(T1)에서의 대상체(1501)의 표면(1652)이 나타난다. 그리고, 반시계 방향으로 회전하면서 획득된 복수개의 뷰들 각각에 대한 필터링된 프로젝션 데이터를 누적하며 역투영한다.
예를 들어, 22.5도 각도 구간 내에서 획득된 필터링된 프로젝션 데이터들을 누적하며 역투영하여 역투영 영상(1653)을 획득한다. 역투영 영상(1653)에는 대상체(1501)의 일부 표면(1654)이 나타난다.
계속하여, 45도 각도 구간 내에서 획득된 필터링된 프로젝션 데이터들을 누적하며 역투영하여 역투영 영상(1655)을 획득한다. 역투영 영상(1655)에는 대상체(1501)의 일부 표면(1656)이 나타난다.
계속하여, 98도 각도 구간 내에서 획득된 필터링된 프로젝션 데이터들을 누적하며 역투영하여 역투영 영상(1657)을 획득한다. 역투영 영상(1657)에는 대상체(1501)의 일부 표면(1658)이 나타난다.
계속하여, 180도 각도 구간 내에서 획득된 필터링된 프로젝션 데이터들을 누적하며 역투영하여 역투영 영상(1659)을 획득한다. 역투영 영상(1659)에는 대상체(1501)의 표면이 전체적으로 나타난다.
대상체를 나타내는 복원 영상을 획득하는데 있어서, 영상 복원부(720)는 소정 뷰에 대응되는 가중치 소정 뷰에서 획득된 프로젝션 데이터와 곱하여 수정 프로젝션 데이터를 획득한다. 그에 따라서, 영상 복원부(720)는 부분 스캔 아티팩트가 증가하는 콘 각도 및 뷰에서는 해당 프로젝션 데이터가 대상체를 이미징하는데 기여하는 정도를 감소시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 단층 영상 장치(600, 700)는 가중치를 이용하여, 콘 각도 및 뷰 중 적어도 하나에 종속적(dependent)으로 발생하는 부분 스캔 아티팩트를 효과적으로 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 단층 영상 장치(600, 700)는 가중치를 단층 데이터에 적용하여 수정 단층 데이터를 획득하고, 수정 단층 데이터를 여과 역투영하여 단층 영상을 획득한다. 따라서, 부분 스캔 아티팩트를 감소시키기 위한 별도의 장치 구성을 구비하거나, 아티팩트 제거를 위한 별도의 복잡한 프로세서를 수행하지 않고도, 부분 스캔 아티팩트를 효과적으로 감소시킬 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 단층 영상 장치(600, 700)는 한주기 각도 구간에 포함되는 복수개의 뷰에서 각각 획득된 프로젝션 데이터에 가중치를 적용하여 수정 프로젝션 데이터를 획득하고, 수정 프로젝션 데이터를 여과 역투영하여 단층 영상을 획득함으로써, 아티팩트를 제거하기 위한 복잡한 형태의 필터링 동작을 수행하지 않는다. 즉, 별도의 필터링 동작을 수행하지 않음으로써 원래 획득된 프로젝션 데이터의 특성을 변경시키지 않으므로, 별도의 필터링 동작을 수행하여 아티팩트를 제거하는 경우에 비하여 SNR(signal to noise ratio)를 높일 수 있다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 단층 영상의 복원 방법을 나타내는 플로우차트이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 단층 영상 복원 방법(1700)에 포함되는 단계들의 동작은 도 1 내지 도 16을 참조하여 설명한 본 발명의 실시예에 따른 단층 영상 장치(600, 700)에 포함되는 각 구성의 동작과 동일하다. 따라서, 단층 영상 복원 방법(1700)을 설명하는데 있어서, 도 1 내지 도 16과 중복되는 설명은 생략한다.
단층 영상 복원 방법(1700)은 콘 빔의 형태로 방출되는 엑스레이가 1회전 미만의 한주기 각도 구간을 회전하며 대상체로 조사될 때, 그에 대응되어 단층 데이터를 획득한다(1710 단계). 1710 단계의 동작은 단층 영상 장치(700)의 데이터 획득부(710)에서 수행될 수 있다.
여기서, 단층 데이터는 대상체에 대한 단층 촬영에 의해 획득된 로 데이터(raw data)로, 방사선을 대상체로 조사하여 획득된 프로젝션 데이터(projection data) 또는 프로젝션 데이터의 집합인 사이노그램(sinogram)이 될 수 있다. 또한, 단층 데이터는 프로젝션 데이터 또는 사이노그램을 여과 역투영(filtered backprojection)하여 생성한 영상이 될 수도 있다.
이하에서는, 단층 데이터가 한주기 각도 구간에 포함되는 복수개의 뷰에 대응되는 복수개의 프로젝션 데이터를 포함하는 경우를 예로 들어 설명한다. 또한, 1회전에 의해서 획득되는 단층 데이터가 멀티 슬라이스 영상 복원에 이용되는 경우를 예로 들어 설명한다.
한주기 각도 구간에 포함되는 뷰 및 콘 빔에서의 콘 각도(cone angle) 중 적어도 하나에 근거하여 설정되는 가중치를 획득한다(1720 단계). 1720 단계의 동작은 단층 영상 장치(700)의 영상 복원부(720)에서 수행될 수 있다.
1720 단계에서 획득된 가중치를 단층 데이터에 적용하여 획득된 수정 단층 데이터를 이용하여, 단층 영상을 복원한다(1730 단계). 1730 단계의 동작은 단층 영상 장치(700)의 영상 복원부(720)에서 수행될 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.
상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 시스템
102: 갠트리
104: 회전 프레임
105: 테이블
106: X-ray 생성부
108: X-ray 검출부
110: 회전 구동부
112: 콜리메이터
114: 산란 방지 격자
118: 제어부
120: 데이터 송신부
124: 저장부
126: 영상 처리부
128: 입력부
130: 디스플레이부
132: 통신부
134: 서버
136: 의료 장치
301: 네트워크
600: 단층 영상 장치
610: 데이터 획득부
620: 영상 복원부
700: 단층 영상 장치
710: 데이터 획득부
720: 영상 복원부
730: 갠트리
740: 디스플레이 부
750: 사용자 인터페이스 부
760: 저장부
770: 통신부
