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KR20150145633A - 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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KR20150145633A
KR20150145633A KR1020140075990A KR20140075990A KR20150145633A KR 20150145633 A KR20150145633 A KR 20150145633A KR 1020140075990 A KR1020140075990 A KR 1020140075990A KR 20140075990 A KR20140075990 A KR 20140075990A KR 20150145633 A KR20150145633 A KR 20150145633A
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KR
South Korea
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image data
ray
kernel function
scatter
corrected
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Abandoned
Application number
KR1020140075990A
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English (en)
Inventor
최지영
성영훈
이재학
김창환
박미란
조승룡
Original Assignee
삼성전자주식회사
한국과학기술원
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Publication date
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Priority to US14/728,070 priority patent/US9619906B2/en
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Abstract

엑스선 영상 장치는, 엑스선 디텍터로부터 검출되는 제1 엑스선 영상 데이터에 포함된 산란 성분에 대응하여 스캐터 커널 함수(scatter kernel function)를 설정하는 커널 함수 설정부; 및 스캐터 커널 함수 및 데이터 일관성(data consistency)을 이용하여 제1 엑스선 영상 데이터에 대해 산란 보정된 제2 엑스선 영상 데이터를 생성하는 영상 데이터 보정부; 를 포함할 수 있다.
이와 같은 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 장치의 제어 방법에 의하면, 데이터 일관성을 이용하여 산란 보정을 수행하므로, 산란 보정의 정확도를 높일 수 있고, 이에 기초하여 엑스선 영상을 생성하기 때문에, 엑스선 영상의 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법 {X-RAY IMAGING APPARATUS AND CONTROL METHOD FOR THE SAME}
엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
엑스선 영상 장치는 인체나 물건과 같은 대상체에 엑스선(X-ray)을 조사하고, 대상체를 투과한 엑스선을 이용하여 대상체의 내부 영상을 획득할 수 있는 장치이다. 대상체를 구성하는 물질의 특성에 따라 엑스선의 투과성이 다르므로, 대상체를 투과한 엑스선의 세기 또는 강도를 검출하여 대상체의 내부 구조를 영상화할 수 있다. 엑스선 영상 장치는 대상체 내부 구조를 용이하게 파악할 수 있어, 의료분야에서 인체 내부의 병변과 같은 이상을 검출하거나 또는 공항에서 수하물 내부를 확인하는 등으로 사용되기도 한다.
이와 같은 엑스선 영상 장치로는 디지털 엑스선 촬영 장치(Digital Radiography; DR), 컴퓨터 단층 촬영 장치(Computed tomography; CT), 유방 촬영 장치(Full Field Digital Mammography; FFDM; 마모그라피) 등을 예로 들 수 있다.
엑스선 영상 장치는 엑스선을 조사하는 엑스선 소스 및 대상체를 투과한 엑스선을 검출하는 엑스선 디텍터를 포함하며, 엑스선 디텍터로부터 출력되는 데이터에 기초하여 엑스선 영상을 생성한다. 대상체 내부의 원 영상(ideal image)에 근접한 엑스선 영상을 생성하기 위해, 하드웨어적으로 엑스선 영상 장치의 구조를 변경하거나, 소프트웨어적으로 각종 연산, 보정, 또는 복원 방법 등에 변화를 주는 등의 기술이 개발되고 있다.
산란 보정을 수행하는 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 장치의 제어 방법을 제공한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 다음과 같은 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 장치의 제어방법이 제공된다.
엑스선 영상 장치는, 엑스선 디텍터로부터 검출되는 제1 엑스선 영상 데이터에 포함된 산란 성분에 대응하여 스캐터 커널 함수(scatter kernel function)를 설정하는 커널 함수 설정부; 및 스캐터 커널 함수 및 데이터 일관성(data consistency)을 이용하여 제1 엑스선 영상 데이터에 대해 산란 보정된 제2 엑스선 영상 데이터를 생성하는 영상 데이터 보정부; 를 포함할 수 있다.
영상 데이터 보정부는, 스캐터 커널 함수를 이용하여, 제1 엑스선 영상 데이터에 대해 산란 보정된 보정 영상 데이터를 생성할 수 있다.
영상 데이터 보정부는, 제1 엑스선 영상 데이터와 스캐터 커널 함수를 디컨볼루션(deconvilution)하여, 보정 영상 데이터를 생성할 수 있다.
영상 데이터 보정부는, 하기의 수학식 4를 이용하여, 제1 엑스선 영상 데이터와 스캐터 커널 함수를 디컨볼루션(deconvilution)할 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00001
여기서, Iqi은 보정 영상 데이터, Im은 제1 엑스선 영상 데이터, δ는 델타 함수(delta function), Ki는 스캐터 커널 함수를 의미하며, F는 퓨리에 변환(fourier transform)을, F-1은 역퓨리에 변환(inverse fourier transform)을 의미한다.
엑스선 영상 장치는, 보정 영상 데이터에 대해 데이터 일관성의 만족 여부를 판단하는 데이터 일관성 판단부; 를 더 포함할 수 있다.
데이터 일관성 판단부는, 팬-패러럴 리비닝(fan-parallel rebinning)을 통해 보정 영상 데이터를 평행 빔(parallel) 형태의 보정 영상 데이터로 변환할 수 있다.
제2 엑스선 영상 데이터는, 데이터 일관성을 만족하는 보정 영상 데이터인 엑스선 영상 장치일 수 있다.
커널 함수 설정부는, 보정 영상 데이터가 데이터 일관성을 만족하지 않는 경우, 스캐터 커널 함수를 업데이트할 수 있다.
커널 함수 설정부는, 하기의 수학식 3를 이용하여, 스캐터 커널 함수를 설정 또는 업데이트할 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00002
여기서, N은 자연수, (Ai ,Bi ,αi ,βi ,σi ,τi)는 파라미터, Ip는 제1 엑스선 영상 데이터에 포함된 프라이머리 성분(primary component), Io는 대상체가 존재하지 않을 때 감쇄 현상 없이 검출되는 엑스선, r은 Ip 및 Io 가 도달하는 엑스선 디텍터상의 위치, Ki(Ip ,Io ,r)는 i번째 스캐터 커널 함수를 각각 의미한다.
엑스선 영상 장치는, 제2 엑스선 영상 데이터에 대응하는 엑스선 영상을 디스플레이하는 디스플레이부; 를 더 포함할 수도 있다.
엑스선 영상 장치의 제어 방법은, 엑스선 디텍터로부터 검출되는 제1 엑스선 영상 데이터에 포함된 산란 성분에 대응하여 스캐터 커널 함수(scatter kernel function)를 설정하고; 및 스캐터 커널 함수 및 데이터 일관성(data consistency)을 이용하여 제1 엑스선 영상 데이터에 대해 산란 보정된 제2 엑스선 영상 데이터를 생성하는; 것을 포함할 수 있다.
제2 엑스선 영상 데이터를 생성하는 것은, 스캐터 커널 함수를 이용하여, 제1 엑스선 영상 데이터에 대해 산란 보정된 보정 영상 데이터를 생성하는 것을 포함할 수 있다.
제2 엑스선 영상 데이터를 생성하는 것은, 제1 엑스선 영상 데이터와 스캐터 커널 함수를 디컨볼루션(deconvilution)하여, 보정 영상 데이터를 생성하는 것을 포함할 수 있다.
제2 엑스선 영상 데이터를 생성하는 것은, 하기의 수학식 4를 이용하여, 제1 엑스선 영상 데이터와 스캐터 커널 함수를 디컨볼루션(deconvilution)하는 것을 포함할 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00003
여기서, Iqi은 보정 영상 데이터, Im은 제1 엑스선 영상 데이터, δ는 델타 함수(delta function), Ki는 스캐터 커널 함수를 의미하며, F는 퓨리에 변환(fourier transform)을, F-1은 역퓨리에 변환(inverse fourier transform)을 의미한다.
엑스선 영상 장치의 제어 방법은, 보정 영상 데이터에 대해 데이터 일관성의 만족 여부를 판단하는; 것을 더 포함할 수 있다.
데이터 일관성의 만족 여부를 판단하는 것은, 팬-패러럴 리비닝(fan-parallel rebinning)을 통해 보정 영상 데이터를 평행 빔(parallel) 형태의 보정 영상 데이터로 변환하는 것을 포함할 수 있다.
제2 엑스선 영상 데이터는, 데이터 일관성을 만족하는 보정 영상 데이터인 엑스선 영상 장치의 제어 방법일 수 있다.
스캐터 커널 함수를 설정하는 것은, 보정 영상 데이터가 데이터 일관성을 만족하지 않는 경우, 스캐터 커널 함수를 업데이트하는 것을 포함할 수 있다.
스캐터 커널 함수를 설정 또는 업데이트 하는 것은, 하기의 수학식 3를 이용하여, 스캐터 커널 함수를 설정 또는 업데이트하는 것을 포함할 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00004
여기서, N은 자연수, (Ai ,Bi ,αi ,βi ,σi ,τi)는 파라미터, Ip는 제1 엑스선 영상 데이터에 포함된 프라이머리 성분(primary component), Io는 대상체가 존재하지 않을 때 감쇄 현상 없이 검출되는 엑스선, r은 Ip 및 Io 가 도달하는 엑스선 디텍터상의 위치, Ki(Ip ,Io ,r)는 i번째 스캐터 커널 함수를 각각 의미한다.
엑스선 영상 장치의 제어 방법은, 제2 엑스선 영상 데이터에 대응하는 엑스선 영상을 디스플레이하는; 것을 더 포함할 수 있다.
이와 같은 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 장치의 제어 방법에 의하면, 데이터 일관성을 이용하여 산란 보정을 수행하므로, 산란 보정의 정확도를 높일 수 있고, 이에 기초하여 엑스선 영상을 생성하기 때문에, 엑스선 영상의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 따른 외관을 도시한 사시도이다.
도 2는 갠트리의 회전 및 테이블의 이동을 예시한 도면이다.
도 3는 엑스선 영상 장치의 다른 실시예에 따른 외관을 도시한 도면이다.
도 4a는 D7방향으로 회전하는 C-arm을 도시한 도면이다.
도 4b는 D8방향으로 회전하는 C-arm을 도시한 도면이다.
도 5은 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 따른 제어 블록도이다.
도 6는 엑스선 튜브의 내부 구조를 예시한 단면도이다.
도 7은 엑스선 디텍터의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 8은 제1 엑스선 영상 데이터에 포함된 산란 성분을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 커널 함수를 통해 표시되는 산란 성분을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 영상 처리부의 일 실시예에 따른 구성도이다.
도 11은 데이터 일관성을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 빔 형태에 따른 영상 데이터의 변환을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 엑스선 영상 장치에 의해 생성된 엑스선 영상을 예시한 도면이다.
도 14는 엑스선 영상 장치의 제어 방법의 일 실시예에 따른 흐름도이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 장치의 제어 방법을 후술된 실시예들에 따라 구체적으로 설명하도록 한다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
엑스선 영상 장치는 촬영 부위, 엑스선 영상의 종류 또는 촬영 목적에 따라 그 구조나 촬영 방식이 달라질 수 있다. 구체적으로, 흉부, 팔, 다리 등을 촬영하는 일반적인 엑스선 영상 장치, 유방 촬영 기술인 맘모그래피(mammography)를 이용한 엑스선 영상 장치, 형광 투시법(fluoroscopy)을 이용한 엑스선 영상 장치, 혈관 조영술(angiography)을 이용한 엑스선 영상 장치, 심박동 기록(cardiography)을 위한 엑스선 영상 장치, 단층 촬영법(tomography)을 이용한 엑스선 영상 장치 등이 있는바, 개시된 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 영상 장치는 상술한 엑스선 영상 장치 중 어느 하나이거나, 두 종류 이상의 엑스선 영상 장치가 결합된 것일 수도 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 단층 촬영법(tomography)를 이용한 엑스선 영상 장치, 특히, 컴퓨터 단층 촬영 장치(Computed tomography; CT)로 구현된 엑스선 영상 장치를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 1은 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 따른 외관을 도시한 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 엑스선 영상 장치(1)는 엑스선의 조사 및 검출을 위한 하우징(101), 대상체(ob)의 이동을 위한 테이블(190) 및 엑스선 영상 장치(1)의 동작을 제어하기 위한 본체(200)를 포함할 수 있다.
하우징(101)의 내부에는 원통형의 갠트리(102)가 장착된다. 갠트리(102) 내부에는 엑스선을 조사하는 엑스선 소스(110) 및 엑스선을 검출하는 엑스선 디텍터(120)가 서로 마주보도록 마련된다. 엑스선 소스(110)는 엑스선을 발생시켜 대상체(ob)에 조사하는 장치이며, 조사되는 엑스선을 필터링하는 필터링부 등이 구비되어 엑스선 소스 어셈블리 형태로 마련될 수도 있다. 여기서, 대상체(ob)는 인간이나 동물, 물건 등과 같이 엑스선 영상 장치(1)에 의해 그 내부 구조가 영상화 될 수 있는 것이라면 제한없이 대상체가 될 수 있다.
엑스선 디텍터(120)는 대상체(ob)를 투과한 엑스선을 검출하는 장치이며, 엑스선 소스(110)의 맞은편에 마련될 수 있다. 테이블(190)의 이동에 따라 엑스선 소스(110) 및 엑스선 소스(110) 사이에 대상체(ob)가 위치할 수 있으며, 엑스선 소스(110)로부터 조사된 엑스선이 대상체를 투과하여 엑스선 디텍터(120)를 통해 검출될 수 있다.
갠트리(102)는 구동명령에 따라 보어(105)의 주위를 일정 각속도로 회전하며, 이에 따라 갠트리(102)에 마련된 엑스선 소스(110) 및 엑스선 디텍터(120) 역시 소정이 축을 형성하며 회전하게 된다. 이 때, 갠트리(102)의 회전 방향을 D1방향으로 정의할 수 있다. 갠트리(102)의 회전에 대한 구체적 설명은 도 2를 참조하여 상술하기로 한다.
도 2는 갠트리의 회전 및 테이블의 이동을 예시한 도면이다.
도 2의 좌측에 도시된 바와 같이, 엑스선 촬영이 시작되면 갠트리(102)는 D1방향으로 회전을 개시할 수 있다. 갠트리(102)는 사용자로부터 입력되거나 또는 미리 설정된 회전수 및 회전 속도에 따라 회전하고, 엑스선 소스(110)는 미리 설정된 주기나 시간간격으로 대상체(ob)에 엑스선을 조사한다. 엑스선 디텍터(120)는 엑스선 소스(110)와 함께 회전하면서 대상체(ob)를 투과한 엑스선을 검출한다. 예를 들어, 엑스선 소스(110)는 P11위치를 시작 위치로 360°회전하여 P21위치를 지나 P11위치로 되돌아오며, 회전하는 동안 복수회의 엑스선 조사를 수행한다. 엑스선 디텍터(120)는 엑스선 소스(110)의 위치에 대응하여, P12위치를 시작 위치로 P22위치를 지나 360°회전하고, 다시 P12위치로 되돌아온다. P12위치로 되돌아오는 동안, 엑스선 디텍터(120)는 각각의 엑스선 조사에 대응된 투과 엑스선을 전기적 신호로 변환하여 검출한다. 이와 같이 검출된 엑스선을 이하 제1 제1 엑스선 영상 데이터라 정의할 수 있다.
테이블(190)은 지면에 대해 수평 상태를 유지하면서 x축 방향, y축에 방향 및 z축 방향으로 이동할 수 있다. 이 때, y축으로 테이블(190)이 이동하는 방향을 D2방향으로, x축으로 테이블(190)이 이동하는 방향을 D3방향으로, z축으로 테이블(190)이 이동하는 방향을 D4방향으로 각각 정의할 수 있다.
테이블(190)은 도 2의 우측에 도시된 바와 같이 엑스선 촬영의 대상이 되는 대상체(ob)를 보어(105)(bore)의 내부로 이송시킨다. 테이블(190)은 D3방향 또는 D4방향으로 이동하면서 좌우 위치나 상하 높이가 조절된 후 보어(105)의 내부로 이동되거나, 보어(105)의 내부로 이동된 다음 D3방향 또는 D4방향으로 이동하여 좌우 위치나 상하 높이가 조절될 수 있다.
대상체(ob)의 중심이 보어(105)의 중심(C)에서 벗어난 경우, 테이블(190)은 중심(C)으로부터 이격된 거리만큼 D3방향 또는 D4방향으로 이동되어 대상체(ob)의 중심과 보어의 중심(C)을 일치시킬 수 있다. 이에 따라, 엑스선 영상 장치(1)는 보다 선명한 엑스선 영상을 획득할 수 있다.
테이블(190)은 D2방향, D3방향 및 D4방향으로 이동하면서, 촬영하고자 하는 진단 부위가 엑스선 소스(110) 및 엑스선 디텍터(120) 사이에 위치할 수 있도록 한다. 진단 부위는 대상체(ob) 전체가 될 수도 있고, 대상체(ob) 내부의 일부 영역만을 포함할 수도 있다. 진단 부위는 관심 영역(ROI, region of interest)이 될 수도 있다.
본체(200)는 엑스선 영상 장치(1)의 주요 구성요소, 예를 들어, 제어부(도 5의 300)를 수납할 수 있다. 제어부(300)는 갠트리(102)의 회전이나 테이블(190)의 이동을 제어하거나, 엑스선 소스(110)로부터 조사되는 엑스선의 선량을 제어하는 등 엑스선 영상 장치(1)의 동작을 위한 각종 제어신호를 생성할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
본체(200)의 상부에는 사용자 조작을 위한 유저 인터페이스가 마련될 수 있다. 유저 인터페이스는 엑스선 영상 장치(1)의 동작을 조작하기 위한 사용자 명령을 입력받는 입력부(210) 및 엑스선 영상 장치(1)의 동작과 관련된 다양한 화면을 제공하는 디스플레이부(220)를 포함할 수 있다. 여기서, 사용자는 엑스선 영상 장치(1)를 이용하여 대상체의 진단을 수행하는 자로서 의사, 방사선사, 간호사 등을 포함하는 의료진일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 엑스선 영상 장치(1)를 사용하는 자이면 모두 사용자가 될 수 있는 것으로 한다.
입력부(210)는 사용자의 입력을 위해 각종 버튼이나 스위치, 키보드, 마우스, 트랙볼(track-ball), 각종 레버(lever), 핸들(handle)이나 스틱(stick) 등과 같은 하드웨어적인 입력장치를 포함할 수 있다. 입력부(210)는 도 1에 도시된 바와 같이 본체(200)의 상부에 마련될 수도 있으나, 입력부(210)가 풋 스위치(foot switch) 및 풋 페달(foot pedal)등으로 구현되는 경우에는 본체(250)의 하부에 마련되는 것도 가능하다.
입력부(210)는 사용자 입력을 위해 터치 패드(touch pad) 등과 같은 GUI(Graphical User interface), 즉 소프트웨어인 입력장치를 포함할 수도 있다. 터치 패드는 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel: TSP)로 구현되어 후술될 디스플레이부(220)와 상호 레이어 구조를 이룰 수 있다.
사용자는 입력부(210)를 통해 엑스선 촬영 시작 명령, 테이블(190)의 이동 명령 등을 입력할 수도 있고, 촬영의 종류를 선택하거나 진단 부위의 설정 등을 수행할 수도 있다. 입력부(210)에 입력된 사용자 명령은 유선 통신이나 무선 통신을 통해 본체(200)로 전송될 수 있다.
디스플레이부(220)는 음극선관(Cathode Ray Tube: CRT), 디지털 광원 처리(Digital Light Processing: DLP) 패널, 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Penal), 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display: LCD) 패널, 전기 발광(Electro Luminescence: EL) 패널, 전기영동 디스플레이(Electrophoretic Display: EPD) 패널, 전기변색 디스플레이(Electrochromic Display: ECD) 패널, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 패널 또는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode: OLED) 패널 등으로 마련될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
전술한 바 있듯이, 터치 패드와 상호 레이어 구조를 이루는 터치 스크린 패널(TSP)으로 구성되는 경우, 디스플레이부(132)는 표시 장치 외에 입력 장치로도 사용될 수 있다.
디스플레이부(220)는 촬영 종류의 선택을 위한 화면, 촬영 영역(FOV)의 설정을 위한 화면 등 엑스선 영상 장치(1)의 동작 정보와 관련된 화면을 표시하고, 엑스선 촬영을 통해 획득된 엑스선 영상들을 표시할 수 있다. 여기서, 엑스선 영상은 대상체 내부의 원 영상(ideal image)과 동일하거나 원 영상에 근접한 영상으로, 엑스선 디텍터(120)의 제1 엑스선 영상 데이터에 대해 보정 등을 수행하여 생성되며, 엑스선 영상의 생성에 대한 구체적 설명은 후술하기로 한다.
엑스선 촬영을 통해 획득되는 엑스선 영상은, 촬영 종류에 따라 단일의 단면 영상, 복수의 단면 영상 또는 복수의 단면 영상에 기초하여 생성되는 3차원 영상(3D image)이나 3차원 입체 영상(3D stereo image)이 될 수 있다. 이 때, 3차원 영상은 복수의 단면 영상에 기초하여 생성된 3차원 볼륨 데이터를 소정 시점을 기준으로 볼륨 렌더링하여 얻은 영상을 말한다. 즉, 3차원 영상은 소정 시점을 기준으로 볼륨 데이터를 2차원 평면에 투영시킨 2차원 투영 영상(projected image)을 의미한다. 3차원 입체 영상은 사람의 좌우 눈에 각각 대응하는 두 개의 시점에서 볼륨 데이터를 볼륨 렌더링하여 좌 영상 및 우 영상을 획득하고, 획득된 두 영상을 조합한 영상을 말한다.
디스플레이부(220)는 도 1에 도시된 바와 달리 복수의 디스플레이장치를 포함하여, 서로 다른 종류의 화면이 표시되도록 할 수 있다. 일 예로, 디스플레이부(200)는 제1 디스플레이장치 및 제2 디스플레이장치를 포함하고, 제1 디스플레이장치에는 단면 영상이 표시되고, 제2 디스플레이장치에는 3차원 영상 또는 3차원 입체 영상이 표시될 수 있다. 다른 예로, 제1 디스플레이장치에는 엑스선 영상 장치(1)의 동작 정보와 관련된 화면이 표시되고, 제2 디스플레이장치에는 엑스선 촬영을 통해 획득된 엑스선 영상들이 표시될 수 있다.
이상으로는 하우징(101) 및 원통형의 갠트리(102)가 마련된 엑스선 영상 장치(1, 이하 ‘갠트리 형태의 엑스선 영상 장치’라 칭함)에 대해 설명하였으나, 엑스선 영상 장치(1)는 도 1과 다른 형태로 구성될 수도 있다.
도 3는 엑스선 영상 장치의 다른 실시예에 따른 외관을 도시한 도면이다.
엑스선 영상 장치(2)는 도 3에 도시된 바와 같이 C형상의 암(C-arm, 103)구조를 가질 수 있다. 엑스선을 조사하는 엑스선 소스(111) 및 엑스선을 검출하는 엑스선 디텍터(121)가 서로 마주하도록, C-arm(103)의 양단에 엑스선 소스(111)와 엑스선 디텍터(121)가 마련될 수 있다. 전술한 바 있듯이, 엑스선 소스(111)는 조사되는 엑스선을 필터링하는 필터링부 등이 구비되어 엑스선 소스 어셈블리 형태로 마련될 수도 있다.
C-arm(103)은 연결축(106)을 통해 지지부(104)에 연결될 수 있고, 연결축(106)의 이동에 따라 y축 방향 및 z축 방향으로 이동할 수 있다. 이 때, z축으로 C-arm(103)이 이동하는 방향을 D5방향으로 정의하고, y축으로 C-arm(103)이 이동하는 방향을 D6방향으로 정의할 수 있다. C-arm(103)은 D5방향 및 D6방향으로 이동하면서, 촬영하고자 하는 진단 부위가 엑스선 소스(110) 및 엑스선 디텍터(120) 사이에 위치할 수 있도록 한다.
또한, C-arm(103)은 오비탈 방향(orbital direction)으로 회전 가능하도록, 그리고 D6방향을 기준축으로 하여 좌우 방향(D4)으로 회전 가능하도록 마련될 수 있다. 이 때, 오비탈 방향으로 C-arm(103)이 회전하는 방향을 D7방향으로 정의하고, D6방향을 기준으로 C-arm(103)이 회전하는 방향을 D7방향으로 정의할 수 있다. C-arm(103)이 D7방향이나 D8방향으로 회전함에 따라, C-arm(103) 양단의 엑스선 소스(111) 및 엑스선 디텍터(121) 또한 회전할 수 있다.
도 4a는 D7방향으로 회전하는 C-arm을 도시한 도면이며, 도 4b는 D8방향으로 회전하는 C-arm을 도시한 도면이다.
먼저, C-arm(103)은 D7방향으로는 미리 설정된 각도만큼 회전할 수 있다. 예를 들어, 도 4a에 도시된 바와 같이, 일 방향으로 각도 A만큼 회전하고, 반대방향으로 2A만큼 회전하거나, 일 방향으로 2A의 각도만큼 회전할 수 있다. 그리고 C-arm(103)은 D8방향으로는 360°회전할 수 있다. 이에 따라, 도 4b에 도시된 바와 같이, C-arm(103)의 일단에 장착된 엑스선 소스(111)가 p31위치에서 회전하기 시작하여 p41위치를 지나 다시 p31위치로 되돌아 올 수 있으며, 그에 대응하여 엑스선 디텍터(121)는 P32위치에서 P42위치를 지나 다시 P32위치로 되돌아 올 수 있다.
테이블(191)은 대상체(ob)의 안착을 위한 부분으로, 지면에 대해 수평 상태를 유지하면서 x축 방향, y축 방향 및 z축 방향으로 이동할 수 있다. 대상체(ob)의 진단 부위는 C-arm(103)이 이동하지 않더라도, 테이블(191)의 이동에 따라 엑스선 소스(110) 및 엑스선 디텍터(120)의 사이에 위치할 수 있다.
C-arm 형태의 엑스선 영상 장치(2)는 갠트리 형태의 엑스선 영상 장치(1)와 마찬가지로 본체(201) 및 본체(201)에 마련되는 유저 인터페이스 즉, 입력부(211) 및 디스플레이부(221)를 포함할 수 있으며, 본체(201) 및 유저 인터페이스는 도 1을 통해 설명한 바와 동일하다.
엑스선 영상 장치는 도 1에 도시된 바와 같은 갠트리 형태로 마련될 수도 있고, 도 3에 도시된 바와 같은 C-arm 형태로 마련될 수도 있으나, 이하 설명의 편의를 위해 엑스선 영상 장치가 갠트리 형태의 엑스선 영상 장치(1)인 것으로 하여 상술하기로 한다.
도 5은 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 따른 제어 블록도이다.
도 5을 참조하면, 엑스선 영상 장치(1)는 입력부(210), 엑스선 소스(110), 엑스선 디텍터(120), 제어부(300), 저장부(400), 영상 처리부(500) 및 디스플레이부(220)를 포함하여, 엑스선 영상을 생성 및 디스플레이할 수 있다.
엑스선 소스(110)는 엑스선을 발생시켜 대상체(ob)에 조사하는 장치로, 엑스선의 발생을 위해 도 6에 도시된 바와 같은 엑스선 튜브(111)를 포함할 수 있다. 도 6는 엑스선 튜브의 내부 구조를 예시한 단면도이다.
엑스선 튜브(111)는 양극(111c)과 음극(111e)을 포함하는 2극 진공관으로 구현될 수 있고, 관체는 규산경질 유리 등을 재료로 하는 유리관(111a)일 수 있다.
음극(111e)은 필라멘트(111h)와 전자를 집속시키는 집속 전극(111g)을 포함하며, 집속 전극(111g)은 포커싱 컵(focusing cup)이라고도 한다. 유리관(111a) 내부를 약 10mmHg 정도의 고진공 상태로 만들고 음극의 필라멘트(111h)를 고온으로 가열하여 열전자를 발생시킨다. 필라멘트(111h)의 일 예로 텅스텐 필라멘트를 사용할 수 있고 필라멘트에 연결된 전기도선(111f)에 전류를 가하여 필라멘트(111h)를 가열할 수 있다. 다만, 개시된 발명의 실시예가 음극(111e)에 필라멘트(111h)를 채용하는 것에 한정되는 것은 아니며, 고속 펄스로 구동 가능한 카본 나노 튜브(carbon nano-tube)를 음극으로 하는 것도 가능하다.
양극(111c)은 주로 구리로 구성되고, 음극(111e)과 마주보는 쪽에 타겟 물질(111d)이 도포 또는 배치되며, 타겟 물질로는 Cr, Fe, Co, Ni, W, Mo 등의 고저항 재료들이 사용될 수 있다. 타겟 물질의 녹는점이 높을수록 초점 크기(focal spot size)가 작아진다.
그리고 음극(111e)과 양극(111c) 사이에 고전압을 걸어주면 열전자가 가속되어 양극의 타겟 물질(111d)에 충돌하면서 엑스선을 발생시킨다. 발생된 엑스선은 윈도우(111i)를 통해 외부로 조사되며, 윈도우의 재료로는 베릴륨(Be) 박막을 사용할 수 있다.
타겟 물질(111d)은 로터(111b)에 의해 회전할 수 있으며, 타겟 물질(111d)이 회전하게 되면 고정된 경우에 비해 열 축적율이 단위 면적당 10배 이상 증대될 수 있고, 초점 크기가 감소된다.
엑스선 튜브(111)의 음극(111e)과 양극(111c) 사이에 가해지는 전압을 관전압이라 하며, 그 크기는 파고치 kvp로 표시할 수 있다. 관전압이 증가하면 열전자의 속도가 증가되고 결과적으로 타겟 물질에 충돌하여 발생되는 엑스선의 에너지(광자의 에너지)가 증가된다. 엑스선 튜브(111)에 흐르는 전류는 관전류라 하며 평균치 mA로 표시할 수 있고, 관전류가 증가하면 엑스선의 선량(엑스선 광자의 수)이 증가된다. 즉, 관전압에 의해 엑스선의 에너지가 제어될 수 있고, 관전류 및 엑스선 노출 시간에 의해 엑스선의 선량이 제어될 수 있는 것이다.
엑스선 디텍터(120)는 엑스선 소스(110)에서 조사되어 대상체(ob)를 투과하거나 또는 대상체(ob)를 투과하지 않고 직접 전달되는 엑스선을 검출하는 장치이다. 엑스선 디텍터(120)는 투과하거나 전달되는 엑스선을 전기적 신호로 변환하여 검출할 수 있다. 다시 말하면, 엑스선 디텍터(120)는 전기적 신호로 변환된 제1 엑스선 영상 데이터를 획득하며, 엑스선 디텍터(120)에 의해 획득된 제1 엑스선 영상 데이터는 저장부(400) 또는 영상 처리부(500)로 전달된다,
엑스선 디텍터(120)는 재료 구성 방식, 검출된 엑스선을 전기적 신호로 변환시키는 방식 및 전기적 신호를 획득하는 방식에 따라 분류될 수 있다.
먼저, 엑스선 디텍터(120)는 재료 구성 방식에 따라 단일형 소자로 구성되는 경우와 혼성형 소자로 구성되는 경우로 구분된다.
단일형 소자로 구성되는 경우는, 엑스선을 검출하여 전기적 신호를 발생시키는 부분과 전기적 신호를 읽고 처리하는 부분이 단일 소재의 반도체로 구성되거나, 단일 공정으로 제조되는 경우에 해당하며, 예를 들어, 수광 소자인 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)를 단일하게 이용하는 경우이다.
혼성형 소자로 구성되는 경우는, 엑스선을 검출하여 전기적 신호를 발생시키는 부분과 전기적 신호를 읽고 처리하는 부분이 각각 다른 소재로 구성되거나, 다른 공정으로 제조되는 경우에 해당한다. 예를 들어, 포토다이오드, CCD, CdZnTe 등의 수광 소자를 이용하여 엑스선을 검출하고 CMOS ROIC(Read Out Intergrated Circuit)을 이용하여 전기적 신호를 읽고 처리하는 경우, 스트립 디텍터를 이용하여 엑스선을 검출하고 CMOS ROIC를 이용하여 전기적 신호를 읽고 처리하는 경우 및 a-Si 또는 a-Se 플랫 패널 시스템을 이용하는 경우 등이 있다.
또한, 엑스선 디텍터는(120)은 엑스선을 전기적 신호로 변환시키는 방식에 따라 직접변환방식과 간접변환방식으로 구분된다.
직접변환방식에서는, 엑스선이 조사되면 수광 소자 내부에 일시적으로 전자-정공 쌍이 생성되고, 수광 소자의 양단에 인가되어 있는 전장에 의해 전자는 양극으로 정공은 음극으로 이동하는바, 엑스선 디텍터(120)는 이러한 이동을 전기적 신호로 변환한다. 직접변환방식에서 수광 소자에 사용되는 물질은 a-Se, CdZnTe, HgI2, PbI2등이 있다.
간접변환방식에서는, 엑스선 소스(110)에서 조사된 엑스선이 섬광체(scintillator)와 반응하여 가시광 영역의 파장을 갖는 광자(photon)를 방출하면 이를 수광 소자가 감지하여 전기적 신호로 변환한다. 간접변환방식에서 수광 소자로 사용되는 물질은 a-Si 등이 있고, 섬광체로는 박막 형태의 GADOX 섬광체, 마이크로 기둥형 또는 바늘 구조형 CSI(T1) 등이 사용된다.
또한, 엑스선 디텍터(120)는 전기적 신호를 획득하는 방식에 따라, 전하를 일정 시간 동안 저장한 후에 그로부터 신호를 획득하는 전하누적방식(Charge Integration Mode)과 단일 엑스선 광자에 의해 신호가 발생될 때마다 계수하는 광자계수방식(Photon Counting Mode)으로 구분된다.
엑스선 디텍터(120)는 상술한 방식 중 어느 방식으로도 적용가능하다. 또한, 엑스선 디텍터(120)는 도 7에 도시된 바와 같은 복수의 픽셀(150)을 포함하는 2차원 어레이 구조를 가질 수 있다. 도 7은 엑스선 디텍터의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 7을 참조하면, 엑스선 디텍터(120)는 엑스선을 검출하여 전기 신호를 발생시키는 수광 소자(121)와 발생된 전기 신호를 읽어 내는(read-out) 독출 회로 (122)을 포함할 수 있다.
수광 소자(121)로는 낮은 에너지와 적은 선량에서의 높은 해상도와 빠른 응답 시간 및 높은 동적 영역을 확보하기 위하여 단결정 반도체 물질이 사용될 수 있으며, 이 때 사용되는 단결정 반도체 물질은 Ge, CdTe, CdZnTe, GaAs 등이 있다.
수광 소자(121)는 고저항의 n형 반도체 기판(121b)의 하부에, 2차원 어레이 구조의 p형 반도체 기판(121c)이 접합되는 PIN 포토다이오드 형태를 형성할 수 있다.
CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 공정을 이용한 독출 회로(122)는 2차원 어레이 구조를 형성하여, 픽셀(150)별로 수광 소자(121)의 p형 기판(121c)과 결합될 수 있다. 이 때, 결합 방식은 땜납(PbSn), 인듐(In) 등의 범프(bump)(123)를 형성한 후 reflow하고 열을 가하며 압착하는 플립칩 본딩 방식이 이용될 수 있다. 다만, 상술한 구조는 일 예에 불과하며, 엑스선 디텍터(120)의 구조가 이에 한정되는 것은 아니다.
영상 처리부(500)는 엑스선 디텍터(120) 또는 저장부(400)로부터 제1 엑스선 영상 데이터를 전달받고, 제1 엑스선 영상 데이터에 대해 산란 보정된 적어도 하나의 엑스선 영상을 생성한다. 영상 처리부(500)에 대한 더욱 구체적인 설명은 도 8 내지 도 12를 참조하여 상술하기로 한다.
도 8은 제1 엑스선 영상 데이터에 포함된 산란 성분을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 커널 함수를 통해 표시되는 산란 성분을 설명하기 위한 도면이다.
엑스선 소스(110)에서 조사된 엑스선은 대상체(ob)를 투과하면서, 대상체(ob)를 구성하는 물질 및 대상체(ob)의 두께 등에 대응되는 감쇄 계수에 따라 그 강도가 감쇄하게 된다. 즉, 엑스선의 감쇄 현상이 발생한다.
대상체(ob)에 의한 산란이 존재하지 않는다고 가정하면, 대상체(ob)를 투과하는 동안 엑스선의 강도가 감쇄하는 감쇄 현상이 발생한다 하더라도, 엑스선의 이동 경로가 변경된다든지 엑스선의 흩어짐은 발생하지 않게 된다. 즉, 엑스선은 직선 방향을 유지하며 엑스선 디텍터(120)에 도달하게 된다. 도 8의 좌측에 예시된 바와 같이, 엑스선 디텍터(120)에 도달하는 엑스선을 간단히 3개의 직선으로 도시할 수 있으며, 엑스선 디턱터(120) 상에 엑스선의 도달 지점을 C1, C2 및 C3로 표기할 수 있다. 이와 같이, 대상체(ob)에 의한 산란 현상 없이 엑스선 디텍터(120)에 도달하는 엑스선 예를 들어, C1, C2 및 C3에 도달하는 직선 형태의 엑스선을 프라이머리 성분(primary component)이라 정의할 수 있다. 또한, 설명의 편의를 위해, C1에 도달하는 프라이머리 성분을 이하 Ip라 표기하기로 한다.
그러나, 엑스선 소스(110)와 엑스선 디텍타(120) 사이에 대상체(ob) 존재하는 경우, 상술한 가정과 달리 엑스선 소스(110)에서 조사된 엑스선은 대상체(ob)를 통과하면서 감쇄 현상뿐만 아니라 산란 현상을 일으키게 된다. 다시 말하면, 엑스선 소스(110)로부터 조사된 엑스선은 대상체(ob)와 충돌하면서 여러 방향으로 흩어지는 산란 과정을 거치고, 직선 방향을 벗어나 주위의 엑스선과 가감되게 된다.
이에 따라 엑스선 디텍터(120)의 각 지점에서 검출되는 엑스선은 프라이머리 성분뿐만 아니라 산란 성분(scatter component)을 포함하게 된다. 예를 들어, 엑스선 디텍터(120)의 C1에서 검출되는 엑스선은 도 9의 우측에 도시된 바와 같이 프라이머 성분 Ip와 주위 엑스선으로부터 산란되어 흩어진 엑스선 즉, 산란 성분 Is을 포함하게 된다. 따라서, 엑스선 디텍터(120)에서 검출되는 엑스선 또는 엑스선 디텍터(120)의 제1 엑스선 영상 데이터를 Im이라 정의할 때, Im은 하기의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Im=Ip+Is
여기서, Im 은 제1 엑스선 영상 데이터, Ip는 프라이머리 성분(primary component), Is는 산란 성분(scatter component)을 각각 의미한다.
한편, 산란 성분 Is는 프라이머 성분 Ip에 대해 데이터 블러링 효과를 주는 것으로 볼 수 있다. 다시 말하면, 도 9에 도시된 바와 같이, 프라이머 성분 Ip와 데이터 블러링을 발생시키는 소정의 스캐터 커널 함수(scatter kernel function, 이하 K라 칭함)를 컨볼루션 함으로써 산란 성분 Is를 획득할 수 있으며, 이는 하기의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 2]
Is=Ip*K
따라서, 영상 처리부(500)는 먼저 산란 성분 Is에 대응되는 스캐터 커널 함수 K를 획득한다. 또한, 영상 처리부(500)는 스캐터 커널 함수 K 및 데이터 일관성(data consistency)을 이용하여 제1 엑스선 영상 데이터 Im에 대해 산란 보정을 수행하고, 프라이머리 성분 Ip와 동일하거나 프라이머리 성분 Ip에 근접한 영상 데이터를 획득한다. 이 때, 프라이머리 성분 Ip와 동일하거나 프라이머리 성분 Ip에 근접한 영상 데이터를 이하 제2 엑스선 영상 데이터라 정의하고, Iq라 표기하기로 한다. 영상 처리부(500)는 제2 엑스선 영상 데이터 Iq에 기초하여 엑스선 영상을 생성한다. 스캐터 커널 함수의 획득 및 테이터 일관성이나 데이터 일관성을 이용한 산란 보정에 대한 구체적 설명은 후술하기로 한다.
영상 처리부(500)는 엑스선 영상에 대해 영상 후처리(post-processing)를 더 수행할 수도 있다. 예를 들어, 영상 처리부(500)는 엑스선 영상의 전부 또는 일부의 명도나 휘도, 대조도 또는 선예도 등을 보정할 수 있다. 영상 후처리는 사용자의 지시나 명령 또는 미리 설정된 방법에 따라 이루어질 수도 있다.
영상 처리부(500)은 엑스선 영상 또는 엑스선 영상에 대해 후처리된 영상을 디스플레이부(220)에 전달하여 사용자가 확인할 수 있도록 한다. 또한, 영상 처리부(500)는 엑스선 영상 또는 후처리된 영상을 저장부(400)에 전달하여 저장부(400)가 이를 일시적 또는 비일시적으로 저장하도록 할 수 있다.
도 10은 영상 처리부의 일 실시예에 따른 구성도이다.
도 10을 참조하면, 영상 처리부(500)는 커널 함수 설정부(510), 영상 데이터 보정부(520), 데이터 일관성 판단부(530) 및 엑스선 영상 생성부(540)를 포함할 수 있다. 커널 함수 설정부(510), 영상 데이터 보정부(520), 데이터 일관성 판단부(530) 및 엑스선 영상 생성부(540)는 하나의 프로세서 또는 하나의 디바이스에 마련될 수도 있고, 분리되어 복수의 프로세서 또는 복수의 디바이스에 마련될 수도 있다.
커널 함수 설정부(510)는 제1 엑스선 영상 데이터에 포함된 산란 성분 Is에 대응하여, 스캐터 커널 함수 Ki(i=1,2,3,…,n)를 설정한다. 커널 함수 설정부(510)는 비대칭의 커널 함수(asymmetric kernel function)를 스캐터 커널 함수 Ki로 설정할 수 있다. 또한, 커널 함수 설정부(510)는 수학식 2를 만족시키는 즉, 이상적인(ideal) 스캐터 커널 함수 K를 획득하기 위해, 스캐터 커널 함수 Ki를 업데이트하여 설정할 수 있다. 예를 들어, 커널 함수 설정부(510)는 K1을 초기 스캐터 커널 함수로 설정하고, 이를 업데이트한 K2를 두번째 스캐터 커널 함수로 설정하고, K2를 업데이트한 K3를 세번째 스캐터 커널 함수로 설정하는 것과 같이 스캐터 커널 함수를 적어도 한번 설정할 수 있다. 커널 함수 설정부(510)는 하기의 수학식 3를 이용하여 스캐터 커널 함수 Ki를 업데이트할 수도 있다.
[수학식 3]
Figure pat00005
여기서, N은 자연수, (Ai ,Bi ,αi ,βi ,σi ,τi)는 파라미터, Ip는 프라이머리 성분(primary component), Io는 대상체가 존재하지 않을 때 감쇄 현상 없이 검출되는 엑스선, r은 Ip 및 Io 가 도달하는 엑스선 디텍터상의 위치, Ki(Ip ,Io ,r)는 i번째 스캐터 커널 함수를 각각 의미한다.
커널 함수 설정부(510)는 수학식 3에서 프라이머리 성분(primary component) Ip 대신 Ip의 근사(appximation)를 적용시킬 수 있다. 또한, 커널 함수 설정부(510)는 수학식 3에서 6개의 파라미터 (Ai ,Bi ,αi ,βi ,σi ,τi)를 업데이트함으로써, 스캐터 커널 함수 Ki 업데이트할 수 있다. 구체적으로, 커널 함수 설정부(510)는 초기 파라미터 (A1 ,B1 ,α1 ,β1 ,σ1 ,τ1)를 설정함으로써 초기 스캐터 커널 함수 K1를 정의하고, 초기 설정된 파라미터를 업데이트하여 두번째 파라미터 (A2 ,B2 ,α2 ,β2 ,σ2 ,τ2)를 설정하고, 이를 통해 두번째 스캐터 커널 함수 K2 를 정의한다. 또한, 두번째 설정된 파라미터를 업데이트하여 세번째 파라미터 (A3 ,B3 ,α3 ,β3 ,σ3 ,τ3)를 설정하고, 이를 통해 세번째 스캐터 커널 함수 K3 를 정의한다. 이와 같이, 커널 함수 설정부(510)는 파라미터의 업데이트하고, 업데이트된 파라미터로 스캐터 커널 함수 Ki를 정의 및 업데이트할 수 있다. 다만, 수학식 3은 스캐터 커널 함수의 형태를 예시한 것에 불과하며, 스캐터 커널 함수 Ki는 이에 한정되지 않고 다양한 형태로 설정될 수 있다.
초기 스캐터 커널 함수 K1은 사용자의 지시나 명령에 따라 설정되거나 또는 시스템에 의해 자동 설정될 수 있다. 또한, 커널 함수 설정부(510)는 스캐터 커널 함수에 의해 산란 보정된 영상 데이터가 데이터 일관성을 만족할 때까지 스캐터 커널 함수를 업데이트할 수 있다. 이 때, 산란 보정된 영상 데이터를 이하 보정 영상 데이터 Iqi(i=1,2,3…,n)라 정의할 수 있으며, 데이터 일관성을 만족하는 보정 영상 데이터 또는 최종 생성된 보정 영상 데이터 Iqi가 제2 엑스선 영상 데이터 Iq를 형성하게 된다.
또한, 커널 함수 설정부(510)는 매뉴얼리 이터레이션(manually-iteration)을 이용하거나, 또는 최적화 알고리즘(optimization algorithm) 예를 들어, 유전 알고리즘(genetric algorithm), 개미 집단 최적화(ant colony optimization) 및 입자 무리 최적화(particle swam optimization) 등과 같은 알고리즘을 이용하여 스캐터 커널 함수를 업데이트할 수 있다. 매뉴얼리 이터레이션(manually-iteration)이나 최적화 알고리즘(optimization algorithm)은 당업계에 공지된 기술인 바, 그에 대한 구체적인 설명은 이하 생략하기로 한다.
영상 데이터 보정부(520)는 커널 함수 설정부(510)에서 설정된 스캐터 커널 함수 Ki(i=1,2,3…,n)를 이용하여 제1 엑스선 영상 데이터 Im에 대해 산란 보정을 수행하고, 보정 영상 데이터 Iqi(i=1,2,3…,n) 및 제2 엑스선 영상 데이터 Iq를 생성한다. 보정 영상 데이터 Iqi(i=1,2,3…,n) 및 제2 엑스선 영상 데이터 Iq는 일시적 또는 비일시적으로 저장부(400)에 저장될 수 있다.
영상 데이터 보정부(520)는 수학식 2에 기초하여, 제1 엑스선 영상 데이터 Im과 스캐터 커널 함수 Ki 의 디컨볼루션(deconvilution)을 통해 보정 영상 데이터 Iqi 를 생성할 수 있다. 예를 들어, 영상 데이터 보정부(520)는 하기의 수학식 4와 같은 디컨볼루션 방법을 통해 보정 영상 데이터 Iqi 를 획득할 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00006
여기서, Im은 제1 엑스선 영상 데이터, δ는 델타 함수(delta function), Ki는 스캐터 커널 함수를 각각 의미하며, F는 퓨리에 변환(fourier transform)을, F-1은 역퓨리에 변환(inverse fourier transform)을 의미한다.
다만, 수학식 4는 디컨볼루션 방법의 일 예에 불과한 것으로, 영상 데이터 보정부(520)는 이에 한정되지 않고 다른 형태의 디컨볼루션 방법을 이용할 수도 있다.
커널 함수 설정부(510)에 의해 스캐터 커널 함수 Ki가 업데이트된 경우, 영상 데이터 보정부(520)는 초기 설정된 스캐터 커널 함수 및 업데이트된 스캐터 커널 함수에 대해 순차적으로 보정 영상 데이터 Iqi 를 생성할 수 있다.
구체적으로, 커널 함수 설정부(510)가 K1을 초기 스캐터 커널 함수로 설정하면, 영상 데이터 보정부(520)는 제1 엑스선 영상 데이터 Im과 K1을 디컨볼루션하여 제1 보정 영상 데이터 Iq1를 생성하고, 커널 함수 설정부(520)가 K1에 대해 업데이트된 K2를 두번째 스캐터 커널 함수로 설정하면, 영상 데이터 보정부(520)는 그에 대응하여 제1 엑스선 영상 데이터 Im과 K2를 디컨볼루션함으로써 제2 보정 영상 데이터 Iq2를 생성한다. 또한, 커널 함수 설정부(520)가 K2에 대해 업데이트된 K3를 세번째 스캐터 커널 함수로 설정하면, 영상 데이터 보정부(520)는 제1 엑스선 영상 데이터 Im과 K3를 디컨볼루션하여 제3 보정 영상 데이터 Iq3를 생성한다. 이와 같은 보정 영상 데이터 Iqi 의 생성은 커널 함수 설정부(510)에서 생성된 모든 스캐터 커널 함수 Ki에 대해, 스캐터 커널 함수 Ki의 생성 순서에 대응하여 순차적으로 생성된다.
그리고 영상 데이터 보정부(520)는 최종 생성된 보정 영상 데이터 Iqi를 제2 엑스선 영상 데이터 Iq로 획득할 수 있다.
데이터 일관성 판단부(530)는 영상 데이터 보정부(530)에서 생성된 보정 영상 데이터 Iqi 에 대해 데이터 일관성 만족 여부를 판단한다. 복수의 보정 영상 데이터가 생성된 경우, 데이터 일관성 판단부(530)는 보정 영상 데이터 각각에 대해 데이터 일관성(data consistency) 만족 여부를 판단한다. 데이터 일관성에 대한 구체적 설명은 도 11을 참조하여 상술하기로 한다.
도 11은 데이터 일관성을 설명하기 위한 도면이다.
데이터 일관성(data consistency)이란 컴퓨터 단층 촬영의 기본 원리가 되는 라돈 변환의 특성 중 하나로써, 평행 빔에 대한 엑스선의 감쇄 계수의 총합 또는 평행 빔에 대해 엑스선 디텍터(120)에서 검출되는 투과 엑스선의 총합은 촬영 각도에 상관없이 일정하다는 것을 의미한다.
도 11의 좌측에는, E1방향 및 E2방향에서 평행 빔의 엑스선을 조사하는 엑스선 소스(110)가 예시되어 있다. 이 때, E1방향에서 조사되는 엑스선을 Ix1으로, E2방향에서 조사되는 엑스선을 Ix2으로 각각 정의할 수 있으며, 이에 대응하여, E1방향의 엑스선 디텍터(120)에서 검출되는 투과 엑스선을 Iy1으로 정의하고, E2방향의 엑스선 디텍터(120)에서 검출되는 투과 엑스선을 Iy2으로 정의할 수 있다.
엑스선 Ix1의 강도는 평행 빔의 조사 위치에 따라 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 마찬가지로 엑스선 Ix2의 강도는 평행 빔의 조사 위치에 따라 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 또한, 투과 엑스선 Iy1의 강도는 검출 위치에 따라 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있으며, 투과 엑스선 Iy2의 강도는 검출 위치에 따라 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.
전술한 바 있듯이, 대상체(ob)를 투과하는 동안 엑스선의 강도가 감쇄하는 감쇄 현상이 발생하며, 이 때, 감쇄 계수는 각 방향 즉, E1방향 및 E2방향에 대해 각각
Figure pat00007
,
Figure pat00008
으로 표현될 수 있다.
데이터 일관성에 따르면, E1방향의 감쇄 계수
Figure pat00009
의 총합은 E2방향의 감쇄 계수
Figure pat00010
의 총합과 동일해진다. 또한, E1방향과 E2방향에서 동일한 엑스선이 조사된다고 할 때, E1방향에서 검출되는 투과 엑스선 Iy1의 총합은 E2방향에서 검출되는 투과 엑스선의 Iy2의 총합과 동일하게 된다.
따라서, 촬영 각도와 투과 엑스선의 총합의 관계는 도 11 우측에 도시된 G1그래프와 같이 상수함수 형태를 갖을 수 있다. 그러나, 엑스선의 산란 현상으로 인하여 데이터 일관성이 저해되는 경우, 촬영 각도와 투과 엑스선의 총합의 관계는 G2그래프에 예시된 바와 같이 상수함수 형태에서 벗어나게 된다. 이를 역으로 생각하면, 산란 보정은 촬영 각도와 투과 엑스선의 총합의 관계가 상수함수 형태를 갖도록 즉, 데이터 일관성을 만족하도록 투과 엑스선에 대해 변경을 가하는 것이라고 볼 수 있다.
데이터 일관성 판단부(530)는 영상 데이터 보정부(530)에서 생성된 보정 영상 데이터 Iqi를 투과 엑스선이라 가정하고, 이에 기초하여 데이터 일관성의 만족 여부를 판단한다. 데이터 일관성 판단부(530)는 데이터 일관성의 만족 여부를 판단함으로써, 스캐터 커널 함수 Ki의 적절성 또는 산란 보정의 정도를 판단하게 된다. 영상 데이터 보정부(530)에서 생성된 복수의 보정 영상 데이터가 생성된 경우, 데이터 일관성 판단부(530)는 보정 영상 데이터의 생성순서에 따라 순차적으로 데이터 일관성의 만족 여부를 판단한다.
보정 영상 데이터 Iqi가 데이터 일관성을 만족하지 않는 경우, 커널 함수 설정부(510)를 통해 스캐터 커널 함수 Ki가 업데이트되고, 이에 대응하여 영상 데이터 보정부(520)에서 보정 영상 데이터가 다시 생성될 수 있다.
예를 들어, 데이터 일관성 판단부(530)에서 제1 보정 영상 데이터 Iq1이 데이터 일관성을 만족하지 않는다고 판단되면, 커널 함수 설정부(510)가 업데이트된 스캐터 커널 함수 K2를 설정하고, 영상 데이터 보정부가(520)가 K2에 기초하여 제2 보정 영상 데이터 Iq2를 생성한다. 데이터 일관성 판단부(530)는 제2 보정 영상 데이터 Iq2에 대해 데이터 일관성의 만족 여부를 다시 판단한다. 데이터 일관성 판단부(530)의 판단에 따라 제2 보정 영상 데이터 Iq2가 데이터 일관성을 만족하지 않는 경우, 커널 함수 설정부(510)가 업데이트된 스캐터 커널 함수 K3를 설정하고, 영상 데이터 보정부가(520)가 K3에 기초하여 제3 보정 영상 데이터 Iq3를 생성한다. 이와 같이, 데이터 일관성 판단부(530)의 판단에 기초하여, 스캐터 커널 함수 Ki 및 보정 영상 데이터 Iqi가 업데이트될 수 있다.
반면, 보정 영상 데이터 Iqi가 데이터 일관성을 만족하는 경우, 영상 데이터 보정부(510) 또는 데이터 일관성 판단부(530)는 이를 제2 엑스선 영상 데이터 Iq로 하여 엑스선 영상 생성부(540)에 전달할 수 있다.
전술한 바 있듯이, 데이터 일관성은 평행 빔에 대해 성립하기 때문에, 엑스선 소스(110)가 팬 빔(fan beam) 형태의 엑스선을 조사하는 경우, 데이터 일관성 판단부(530)는 데이터 일관성 판단에 앞서, 빔 형태에 따른 영상 데이터의 변환을 수행할 수 있다. 이 때, 팬 빔을 조사하여 생성된 보정 영상 데이터를 팬 빔 형태의 보정 영상 데이터라 칭하고, 평행 빔을 조사하여 생성된 보정 영상 데이터를 평행 빔 형태의 보정 영상 데이터라 칭할 수 있다.
도 12는 빔 형태에 따른 영상 데이터의 변환을 설명하기 위한 도면이다.
도 12에 도시된 바와 같이, L1을 팬 빔, L2를 평행 빔으로 볼 때, 팬 각도(fan angle)는 L1과 L2가 이루는 각 γ으로, 팬 빔 각도(fan beam angle)는 기준선 S1과 L1가 이루는 각 β로, 평행 빔 각도(fan beam angle)는 기준선 S2와 L2가 이루는 각 θ로 각각 정의할 수 있다. 또한, 기준선 S2상에서 L1 및 L2의 거리를 t로, 기준선 S4상에서 L1 및 L2의 거리를 s로, 기준선 S3까지의 엑스선의 조사거리를 D로 정의할 때, θ와 t는 하기의 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00011
데이터 일관성 판단부(530)는 수학식 5를 이용하여 팬 빔 형태의 보정 영상 데이터를 θ와 t에 대해 변환하는 즉, 평행 빔 형태의 보정 영상 데이터로 변환하는 팬-패러럴 리비닝(fan-parallel rebinning)을 수행할 수 있다.
데이터 일관성 판단부(530)는 보정 영상 데이터 Iqi, 팬-패러럴 리비닝(fan-parallel rebinning)이 수행되는 경우에는 변환된 후의 보정 영상 데이터에 대해 데이터 일관성의 만족 여부를 판단한다. 데이터 일관성 판단부(530)는 적어도 두 방향에서 생성된 보정 영상 데이터를 이용하여 데이터 일관성의 만족 여부를 판단할 수 있다.
전술한 바 있듯이, 갠트리(102)가 회전하는 동안 엑스선 소스(110)는 미리 설정된 시간 간격으로 복수회 엑스선을 조사한다. 다시 말하면, 엑스선 소스(110)는 복수의 방향에서 엑스선을 각각 조사하게 되고, 이에 대응하여 영상 데이터 보정부(520)는 각각의 방향에 대해 보정 영상 데이터 Iqi 를 생성한다. 이와 같이 생성된 보정 영상 데이터 중, 데이터 일관성 판단부(530)는 적어도 두 방향의 보정 영상 데이터를 비교하여 데이터 일관성 조건을 판단한다. 예를 들어, 데이터 일관성 판단부(530)는 도 2의 P11방향에 대해 생성된 보정 영상 데이터(이하, Iqi_1 이라 칭함)와 P21방향에 대해 생성된 보정 영상 데이터(이하, Iqi_2 라 칭함)를 비교하여 데이터 일관성 조건을 판단할 수 있다.
데이터 일관성 판단부(530)는 적어도 두 방향의 보정 영상 데이터에 기초하여, 감쇄 계수의 총합의 차 또는 투과 엑스선의 총합의 차가 미리 설정된 값 ε보다 작아지는지를 판단하여 데이터 일관성의 만족 여부를 판단할 수 있다. 이 때, 감쇄 계수의 총합의 차 또는 투과 엑스선의 총합의 차는 L1-norm, 또는 L2-norm으로 산출될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, ε은 사용자에 의해 미리 정의될 수도 있고, 시스템의 설정에 따라 결정된 것일 수도 있다.
전술한 예에서, 데이터 일관성 판단부(530)는 P11방향의 보정 영상 데이터 Iqi_1 에서 감쇄 계수의 총합 A1을 산출하고, P21방향의 보정 영상 데이터 Iqi_2 에서 감쇄 계수의 총합 A2를 산출하며, A1와 A2의 차가 ε보다 작아지는지 경우에만 데이터 일관성을 만족한다고 판단할 수 있다. 데이터 일관성 판단부(530)는 P11방향의 투과 엑스선의 총합(즉, 보정 영상 데이터 Iqi_1의 총합) B1을 산출하고, P21방향의 투과 엑스선의 총합(즉, 보정 영상 데이터 Iqi_2의 총합) B2를 산출하며, B1와 B2의 차가 ε보다 작아지는지 경우에만 데이터 일관성을 만족한다고 판단할 수 있다.
엑스선 영상 생성부(540)는 데이터 일관성을 만족하는 보정 영상 데이터 Iqi 즉, 제2 엑스선 영상 데이터 Iq를 영상 데이터 보정부(520) 또는 데이터 일관성 판단부(530)로부터 전달받고, 제2 엑스선 영상 데이터 Iq에 대응되는 엑스선 영상을 생성할 수 있다. 엑스선 영상 생성부(540)는 엑스선 영상에 대해 영상 후처리(post-processing)를 더 수행할 수도 있다.
엑스선 영상 생성부(540)에서 생성된 엑스선 영상 또는 엑스선 영상에 대해 후처리된 영상은 디스플레이부(220)를 통해 디스플레이될 수 있다.
저장부(400)는 엑스선 영상 장치(1)의 동작을 위한 데이터 및 프로그램을 저장한다.
데이터 저장의 일 예로, 저장부(400)는 엑스선 촬영 시, 갠트리(102)의 회전 수 또는 회전 속도, 엑스선 소스(110)의 조사 횟수 또는 조사되는 엑스선의 선량 등을 저장할 수 있다. 저장부(400)는 엑스선 디텍터(120)로부터 획득된 제1 엑스선 영상 데이터 Im, 영상 처리부(500)에서 설정된 스캐터 커널 함수 Ki, 영상 처리부(500)로부터 생성된 보정 영상 데이터 Iqi 또는 제2 엑스선 영상 데이터 Iq 등을 저장할 수 있다.
프로그램 저장의 일 예로, 저장부(400)는 스캐터 커널 함수 Ki 을 설정하기 위한 프로그램, 보정 영상 데이터 Iqi 를 생성하기 위한 프로그램, 데이터 일관성을 판단하기 위한 프로그램 등을 저장할 수 있다.
이와 같은 저장부(400)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory: RAM), 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. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 당업계에 알려져 있는 임의의 다른 형태로 구현될 수도 있다. 또한, 가전기기(100)는 인터넷(internet)상에서 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)를 운영할 수도 있다.
제어부(300)는 소정의 제어 명령을 생성하고 생성된 제어 명령을 엑스선 소스(110), 엑스선 디텍터(120), 저장부(400), 영상 처리부(500) 등에 전달함으로써 엑스선 영상 장치(1)의 전반적인 동작을 제어하도록 할 수 있다. 제어부(300)는 입력부(210)로부터 입력되는 사용자의 지시나 명령에 따라 엑스선 영상 장치(1)의 동작을 제어하거나, 사전에 결정된 설정에 따라 엑스선 영상 장치(1)의 동작을 제어하도록 할 수도 있다.
예를 들어, 제어부(300)는 갠트리(102)의 회전, 엑스선 소스(110) 및 엑스선엑스선 디텍터(120)의 회전을 제어할 수 있다. 제어부(300)는 엑스선 소스(110)가 소정 전압의 전원을 엑스선 튜브(111)에 인가하여 소정 에너지의 엑사선을 생성하도록, 제어 신호를 생성하여 엑스선 소스(110)에 전달할 수 있다. 또한, 제어부(300)는 엑스선의 독출 동작과 같은 엑스선 디텍터(120)의 각종 동작을 제어할 수도 있다. 제어부(300)는 엑스선 디텍터(120)의 제1 엑스선 영상 데이터 Im이 저장부(400)에 전달되도록 하거나, 저장부(400)가 제1 엑스선 영상 데이터 Im를 일시적 또는 비일시적으로 저장하도록 할 수도 있다.
제어부(300)는 엑스선 영상의 생성을 위한 각종 제어 신호를 영상 처리부(500)에 전달할 수 있다. 예를 들어, 제어부(300)는 수학식 3을 이용하여 스캐터 커널 함수 Ki를 생성하도록, 수학식 4를 이용하여 보정 영상 데이터 Iqi 및 제2 엑스선 영상 데이터 Iq를 생성하도록 영상 처리부(500)를 제어할 수 있다. 제어부(300)는 보정 영상 데이터 Iqi 에 대해 데이터 일관성 조건을 판단하도록, 수학식 5를 이용하여 팬-패러럴 리비닝(fan-parallel rebinning)을 수행하도록 영상 처리부(500)를 제어할 수 있다. 엑스선 영상이 디스플레이부(220)를 통해 디스플레이되도록 제어 신호를 생성할 수도 있다.
제어부(300)는 집적 회로가 형성된 적어도 하나의 칩을 포함하는 각종 프로세서(processor)일 수 있다. 이와 같은 중앙 처리 장치는 하나의 프로세서 또는 하나의 디바이스에 마련될 수도 있으나, 복수의 프로세서 또는 복수의 디바이스에 분리되어 마련되는 것도 가능하다.
도 13은 엑스선 영상 장치에 의해 생성된 엑스선 영상을 예시한 도면이다.
도 13에서 (a)영상은 산란 보정이 수행되기 전의 영상 데이터 즉, 제1 엑스선 영상 데이터 Im에 대응하여 생성된 엑스선 영상을 도시하고 있으며, (b)영상은 스캐터 커널 함수 Ki 및 데이터 일관성을 이용하여 산란 보정이 수행된 후의 영상 데이터 즉, 제2 엑스선 영상 데이터 Iq에 대응하여 생성된 엑스선 영상을 도시하고 있다.
도 13의 (a)엑스선 영상에서는, 산란 성분으로 인해 전부 또는 일부 영역의 경계가 불분명하거나 흐려지는 현상이 나타나고 있다. 반면, 도 13에 도시된 바와 같이, 산란 보정된 엑스선 영상에서는 조직간의 경계가 명확하게 나타나고 있으며, 모든 영역에서 고른 해상도를 유지하고 있음을 확인할 수 있다.
이상으로 스캐터 커널 함수 Ki 및 데이터 일관성을 이용하여 산란 보정을 수행하는 엑스선 영상 장치에 대해 예시된 제어 블록도를 바탕으로 설명하였으며, 이하에서는 주어진 흐름도를 참조하여 엑스선 영상 장치의 제어 방법을 살펴보기로 한다.
도 14는 엑스선 영상 장치의 제어 방법의 일 실시예에 따른 흐름도이다.
도 14의 700흐름도를 참조하면, 먼저 엑스선 영상 장치(1)는 제1 엑스선 영상 데이터 Im을 획득한다(710).
구체적으로, 엑스선 소스(110)는 갠트리(102)의 회전에 따라 D1방향으로 회전하면서 복수회 엑스선을 조사한다. 엑스선 소스(110)에 대면하여 위치한 엑스선 디텍터(120)는, 각각의 엑스선 조사에 대응하여 대상체(ob)를 투과한 엑스선을 검출하고, 제1 엑스선 영상 데이터 Im를 획득한다.
다음으로, 엑스선 영상 장치(1)는 스캐터 커널 함수 Ki를 설정한다(720).
영상 처리부(500)는 수학식 2를 만족시키는 즉, 이상적인 스캐터 커널 함수 K와 동일하거나 이에 근접한 커널 함수를 스캐터 커널 함수 Ki로 설정할 수 있다. 영상 처리부(500)는 K에 더욱 근접하도록 스캐터 커널 함수 Ki를 업데이트하여 설정할 수 있으며, 이 때 초기의 스캐터 커널 함수 즉, K1은 사용자의 지시나 명령에 따라 설정되거나 또는 시스템에 의해 자동 설정될 수 있다. 또한, 수학식 3을 이용하여 스캐터 커널 함수 Ki를 업데이트할 수도 있다.
영상 처리부(500)는 설정된 스캐터 커널 함수 Ki를 이용하여 제1 엑스선 영상 데이터 Im에 대해 산란 보정을 수행하고, 보정 영상 데이터 Iqi를 생성한다(730).
영상 처리부(500)는 수학식 2에 기초하여, 제1 엑스선 영상 데이터 Im과 스캐터 커널 함수 Ki 의 디컨볼루션(deconvilution)을 통해 보정 영상 데이터 Iqi 를 생성할 수 있다. 영상 처리부(500)는 수학식 4에 예시된 디컨볼루션 방법을 통해 보정 영상 데이터 Iqi 를 획득할 수도 있다.
스캐터 커널 함수 Ki가 업데이트된 경우, 영상 처리부(500)는 업데이트된 스캐터 커널 함수 Ki를 이용하여 보정 영상 데이터 Iqi 를 생성하게 된다.
영상 처리부(500)는 보정 영상 데이터 Iqi 를 평행 빔(parallel beam) 형태의 보정 영상 데이터로 변환한다(740).
영상 처리부(500)는 수학식 5를 이용하여 팬 빔 형태의 보정 영상 데이터를 θ와 t에 대해 변환하는 팬-패러럴 리비닝(fan-parallel rebinning)을 수행하고, 변환된 보정 영상 데이터를 획득한다.
다만, 엑스선 소스(110)에서 평행 빔(fan beam) 형태의 엑스선이 조사되고, 이에 기초하여 보정 영상 데이터 Iqi 가 생성된 경우에는, 740 과정은 생략될 수도 있다.
영상 처리부(500)는 보정 영상 데이터 Iqi, 팬-패러럴 리비닝(fan-parallel rebinning)이 수행되는 경우에는 변환된 후의 보정 영상 데이터에 대해 데이터 일관성 조건을 만족하는지 판단한다(750). 영상 처리부(500)는 갠트리(102)의 회전에 따라 적어도 두 방향에서 생성된 보정 영상 데이터(또는 변환된 보정 영상 데이터)를 이용하여 데이터 일관성의 만족 여부를 판단할 수 있다.
데이터 일관성을 만족하지 않는 경우, 영상 처리부(500)는 720 과정으로 돌아가 스캐터 커널 함수 Ki를 업데이트한다.
반면, 데이터 일관성을 만족하는 경우, 영상 처리부(500)는 데이터 일관성을 만족시키는 보정 영상 데이터 또는 최종적으로 생성된 보정 영상 데이터를 제2 엑스선 영상 데이터 Iq로 하여, 제2 엑스선 영상 데이터 Iq에 대응되는 엑스선 영상을 생성한다(760).
엑스선 영상에 대해 영상 후처리(post-processing)를 수행하는 과정이 더 포함될 수도 있다. 이와 같이 생성된 엑스선 영상 또는 엑스선 영상에 대해 후처리된 영상은 디스플레이부(220)를 통해 디스플레이될 수 있다.
이상과 같이 예시된 도면을 참조로 하여, 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 장치의 제어 방법의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시 될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
110 : 엑스선 소스 120 : 엑스선 디텍터
210 : 입력부 220 : 디스플레이부
300 : 제어부 400 : 저장부
500 : 영상 처리부 510 : 커널 함수 설정부
520 : 영상 데이터 보정부 530 : 데이터 일관성 판단부
540 : 엑스선 영상 생성부

Claims (20)

  1. 엑스선 디텍터로부터 검출되는 제1 엑스선 영상 데이터에 포함된 산란 성분에 대응하여 스캐터 커널 함수(scatter kernel function)를 설정하는 커널 함수 설정부; 및
    상기 스캐터 커널 함수 및 데이터 일관성(data consistency)을 이용하여, 상기 제1 엑스선 영상 데이터에 대해 산란 보정된 제2 엑스선 영상 데이터를 생성하는 영상 데이터 보정부;
    를 포함하는 엑스선 영상 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 데이터 보정부는,
    상기 스캐터 커널 함수를 이용하여, 상기 제1 엑스선 영상 데이터에 대해 산란 보정된 보정 영상 데이터를 생성하는 엑스선 영상 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 영상 데이터 보정부는,
    상기 제1 엑스선 영상 데이터와 스캐터 커널 함수를 디컨볼루션(deconvilution)하여, 상기 보정 영상 데이터를 생성하는 엑스선 영상 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 영상 데이터 보정부는,
    하기의 수학식 4를 이용하여, 상기 제1 엑스선 영상 데이터와 스캐터 커널 함수를 디컨볼루션(deconvilution)하는 엑스선 영상 장치.
    [수학식 4]
    Figure pat00012

    여기서, Iqi은 보정 영상 데이터, Im은 제1 엑스선 영상 데이터, δ는 델타 함수(delta function), Ki는 스캐터 커널 함수를 의미하며, F는 퓨리에 변환(fourier transform)을, F-1은 역퓨리에 변환(inverse fourier transform)을 의미한다.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 보정 영상 데이터에 대해 데이터 일관성의 만족 여부를 판단하는 데이터 일관성 판단부;
    를 더 포함하는 엑스선 영상 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 데이터 일관성 판단부는,
    팬-패러럴 리비닝(fan-parallel rebinning)을 통해 상기 보정 영상 데이터를 평행 빔(parallel) 형태의 보정 영상 데이터로 변환하는 엑스선 영상 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 엑스선 영상 데이터는,
    상기 데이터 일관성을 만족하는 보정 영상 데이터인 엑스선 영상 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 커널 함수 설정부는,
    상기 보정 영상 데이터가 데이터 일관성을 만족하지 않는 경우, 상기 스캐터 커널 함수를 업데이트하는 엑스선 영상 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 커널 함수 설정부는,
    하기의 수학식 3를 이용하여, 상기 스캐터 커널 함수를 설정 또는 업데이트하는 엑스선 영상 장치.
    [수학식 3]
    Figure pat00013

    여기서, N은 자연수, (Ai ,Bi ,αi ,βi ,σi ,τi)는 파라미터, Ip는 제1 엑스선 영상 데이터에 포함된 프라이머리 성분(primary component), I0는 대상체가 존재하지 않을 때 감쇄 현상 없이 검출되는 엑스선, r은 Ip 및 I0 가 도달하는 엑스선 디텍터상의 위치, Ki(Ip ,I0 ,r)는 i번째 스캐터 커널 함수를 각각 의미한다.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 엑스선 영상 데이터에 대응하는 엑스선 영상을 디스플레이하는 디스플레이부;
    를 더 포함하는 엑스선 영상 장치.
  11. 엑스선 디텍터로부터 검출되는 제1 엑스선 영상 데이터에 포함된 산란 성분에 대응하여 스캐터 커널 함수(scatter kernel function)를 설정하고; 및
    상기 스캐터 커널 함수 및 데이터 일관성(data consistency)을 이용하여, 상기 제1 엑스선 영상 데이터에 대해 산란 보정된 제2 엑스선 영상 데이터를 생성하는;
    것을 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2 엑스선 영상 데이터를 생성하는 것은,
    상기 스캐터 커널 함수를 이용하여, 상기 제1 엑스선 영상 데이터에 대해 산란 보정된 보정 영상 데이터를 생성하는 것을 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제2 엑스선 영상 데이터를 생성하는 것은,
    상기 제1 엑스선 영상 데이터와 스캐터 커널 함수를 디컨볼루션(deconvilution)하여, 상기 보정 영상 데이터를 생성하는 것을 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제2 엑스선 영상 데이터를 생성하는 것은,
    하기의 수학식 4를 이용하여, 상기 제1 엑스선 영상 데이터와 스캐터 커널 함수를 디컨볼루션(deconvilution)하는 것을 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
    [수학식 4]

    여기서, Iqi은 보정 영상 데이터, Im은 제1 엑스선 영상 데이터, δ는 델타 함수(delta function), Ki는 스캐터 커널 함수를 의미하며, F는 퓨리에 변환(fourier transform)을, F-1은 역퓨리에 변환(inverse fourier transform)을 의미한다.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 보정 영상 데이터에 대해 데이터 일관성의 만족 여부를 판단하는;
    것을 더 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 데이터 일관성의 만족 여부를 판단하는 것은,
    팬-패러럴 리비닝(fan-parallel rebinning)을 통해 상기 보정 영상 데이터를 평행 빔(parallel) 형태의 보정 영상 데이터로 변환하는 것을 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제2 엑스선 영상 데이터는,
    상기 데이터 일관성을 만족하는 보정 영상 데이터인 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 스캐터 커널 함수를 설정하는 것은,
    상기 보정 영상 데이터가 데이터 일관성을 만족하지 않는 경우, 상기 스캐터 커널 함수를 업데이트하는 것을 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 스캐터 커널 함수를 설정 또는 업데이트 하는 것은,
    하기의 수학식 3를 이용하여, 상기 스캐터 커널 함수를 설정 또는 업데이트하는 것을 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
    [수학식 3]
    Figure pat00015

    여기서, N은 자연수, (Ai ,Bi ,αi ,βi ,σi ,τi)는 파라미터, Ip는 제1 엑스선 영상 데이터에 포함된 프라이머리 성분(primary component), Io는 대상체가 존재하지 않을 때 감쇄 현상 없이 검출되는 엑스선, r은 Ip 및 Io 가 도달하는 엑스선 디텍터상의 위치, Ki(Ip ,Io ,r)는 i번째 스캐터 커널 함수를 각각 의미한다.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2 엑스선 영상 데이터에 대응하는 엑스선 영상을 디스플레이하는;
    것을 더 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
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