KR20190079371A - 조영제를 주입하여 컴퓨터 단층 촬영하는 방법 및 장치 - Google Patents
조영제를 주입하여 컴퓨터 단층 촬영하는 방법 및 장치 Download PDFInfo
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Abstract
조영제를 주입하여 컴퓨터 단층 촬영하는 방법 및 장치를 제공한다. 본 개시의 일 실시예는 대상체에 관한 스카우트 이미지(Scout image) 상에서 관심 영역(Region of Interest, ROI)을 설정하는 단계, 관심 영역에 X선을 조사하고 관심 영역을 투과하는 X선을 검출하여 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지(X-ray projection image)를 획득하는 단계, 관심 영역에 조영제를 주입하기 전에 획득한 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지와 상기 관심 영역에 조영제를 주입하고 난 이후에 획득한 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값의 차를 측정하는 단계, 및 측정된 픽셀 값의 차를 기설정된 임계치와 비교하여 진단용 컴퓨터 단층 촬영의 개시 여부를 결정하는 단계를 포함하는, 대상체에 조영제를 주입하여 컴퓨터 단층 촬영하는 방법을 제공한다.
Description
본 개시는 대상체에 조영제를 주입하여 컴퓨터 단층 촬영(Computed Tomography imaging, CT imaging)하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 대상체에 대하여 획득한 적어도 하나의 프로젝션 이미지를 통해 조영제 증강(enhancement)의 최적화 시점을 추적하여 컴퓨터 단층 촬영을 개시하는 방법 및 장치에 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 X선을 조사하여 대상체를 촬영하기 위한 장치로는 대표적으로 컴퓨터 단층 촬영 장치(CT)가 있다. 컴퓨터 단층 촬영 장치는 대상체에 대한 단면 영상을 제공할 수 있고, 일반적인 X선 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.
컴퓨터 단층 촬영 장치를 통해 경동맥, 폐동맥 등의 혈관에 관한 컴퓨터 단층 촬영 이미지(CT image)를 획득할 때 혈관에 조영제를 주입하여 촬영하는 혈관 조영술(angiography) 방법이 있다. 조영제를 주입하여 컴퓨터 단층 촬영을 하는 경우 관심 영역, 즉 혈관을 더욱 명확하게 시각화하기 위하여 조영제로 인한 대비 효과가 최대가 되는 시점을 추적하는 볼러스 추적(bolus tracking) 기술이 사용되고 있다. 현재는 대상체에 조영제를 주입하고 X선을 조사하여 생성된 X선 프로젝션 이미지를 복원 과정을 거쳐 예비 촬영 이미지(Pre-scan image)를 획득하고, 획득된 예비 촬영 이미지 상에 관심 영역을 설정하여 관심 영역 내에서의 HU(Hounsfield Unit) 값을 측정하여 진단용 컴퓨터 단층 촬영을 개시하기 위한 시점을 측정하는 방법이 사용되고 있다. 구체적으로, 상기 볼러스 추적 방법은 관심 영역 내에서의 HU 값이 기설정된 임계값(threshold) 이상인지 여부를 추적하고, HU 값이 임계값 이상으로 측정된 시점에 진단용 컴퓨터 단층 촬영을 개시하도록 결정하는 방법이다.
그러나, 상기 볼러스 추적 방법은 예비 촬영 이미지 상에서 관심 영역을 일일이 설정해야 하는 사용자의 불편을 야기하고, 예비 촬영 이미지 상의 관찰하고자 하는 영역이 아닌 잘못된 영역에 관심 영역을 설정하는 경우 재촬영해야 하는 번거로움이 있다. 또한, X선 프로젝션 이미지를 복원하여 예비 촬영 이미지를 획득하는데 있어서 시간이 많이 소요되고, 예비 촬영 이미지를 복원하는 시간 동안 조영제의 감쇠 계수가 최대인 시점을 놓치는 문제점이 있다. 또한, 예비 촬영 이미지를 획득하는데 있어서 X선 소스를 회전 프레임 상에서 360° 회전하면서 X선을 조사하는바, 환자에 대한 피폭 선량이 과다하게 증가되는 문제점이 있을 수 있다.
본 개시는 컴퓨터 단층 촬영을 하는 방법 및 장치에 있어서, 대상체에 조영제를 주입하기 전과 주입한 이후에 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 이용하여 진단용 컴퓨터 단층 촬영을 개시할 최적의 시점을 결정하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 개시의 일 실시예는 대상체에 관한 스카우트 이미지(Scout image) 상에서 관심 영역(Region of Interest, ROI)을 설정하는 단계, 관심 영역에 X선을 조사하고, 상기 관심 영역을 투과하는 X선을 검출하여 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지(X-ray projection image)를 획득하는 단계, 관심 영역에 조영제를 주입하기 전에 획득한 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지와 상기 관심 영역에 조영제를 주입하고 난 이후에 획득한 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값의 차를 측정하는 단계, 및 측정된 상기 픽셀 값의 차를 기설정된 임계치와 비교하여 진단용 컴퓨터 단층 촬영의 개시 여부를 결정하는 단계를 포함하는, 대상체에 조영제를 주입하여 컴퓨터 단층 촬영하는 방법을 제공한다.
예를 들어, 상기 방법은 관심 영역을 포함하는 상기 대상체의 소정 영역에 대하여 X선을 조사하여 상기 스카우트 이미지를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 획득하는 단계는 X선 소스를 통해 상기 관심 영역에 대한 적어도 하나의 각도 위치에서 X선을 조사하는 단계, 및 X선 디텍터를 통해, 상기 적어도 하나의 각도 위치에서 조사되고 상기 관심 영역을 투과하는 X선을 검출하여 상기 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 픽셀 값의 차를 측정하는 단계는 상기 조영제를 상기 관심 영역에 주입하기 전에 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산한 값을 기준값으로 설정하는 단계, 상기 조영제를 상기 관심 영역에 주입한 이후 복수의 시점에서 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 복수의 시점 각각에 따라 합산한 값과 상기 기준값의 차를 계산하는 단계, 및 상기 복수의 시점 중 계산된 차이값이 기설정된 임계치를 초과하는 시점을 결정하는 단계를 포함하고, 상기 진단용 컴퓨터 단층 촬영 개시 여부를 결정하는 단계는 상기 결정된 시점에서 상기 대상체를 검사하기 위한 진단용 컴퓨터 단층 촬영을 개시하도록 결정할 수 있다.
예를 들어, 상기 기준값을 설정하는 단계는 상기 조영제를 상기 관심 영역에 주입하기 전에 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지 중 제1 각도 위치에서 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값의 합산을 상기 기준값으로 설정하고, 상기 차를 계산하는 단계는 상기 조영제를 상기 관심 영역에 주입한 이후의 복수의 시점에서 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지 중 상기 제1 각도 위치에서 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 상기 복수의 시점 각각에 대하여 합산하고, 합산된 값과 상기 기준값의 차를 계산할 수 있다.
예를 들어, 상기 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 획득하는 단계는 복수의 에너지 대역을 갖는 X선을 검출하는 포톤 카운팅 디텍터(Photon Counting Detector, PCD)를 이용하여 상기 관심 영역을 투과하는 X선을 검출할 수 있다.
예를 들어, 상기 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 획득하는 단계는 상기 포톤 카운팅 디텍터를 이용하여 상기 복수의 에너지 대역 중 제1 에너지 대역에 해당되는 에너지를 갖는 X선을 검출하고, 검출된 X선을 통해 상기 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 획득할 수 있다.
예를 들어, 상기 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 획득하는 단계는 상기 복수의 에너지 대역 중 상기 조영제의 감쇠 계수(attenuation coefficient)가 급격히 증가하는 에너지 대역인 k-edge에 해당되는 에너지를 갖는 X선을 검출하고, 검출된 X선을 통해 상기 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 획득할 수 있다.
예를 들어, 상기 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 획득하는 단계는 서로 다른 관전압을 갖는 복수의 X선 소스를 통해 X선을 조사하는 단계, 및 복수의 X선 디텍터를 통해, 상기 관심 영역을 투과한 상기 X선을 검출하여 서로 다른 복수의 에너지 대역에 대응되는 복수의 X선 프로젝션 이미지를 획득하는 단계를 포함하고, 상기 픽셀 값의 차를 측정하는 단계는 상기 조영제를 상기 관심 영역에 주입하기 전에 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산한 기준 값과 상기 복수의 X선 프로젝션 이미지 중 상기 조영제의 감쇠 계수의 변화 정도가 최대인 에너지 대역에 해당되는 에너지를 갖는 X선을 검출하여 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산한 값의 차이를 측정할 수 있다.
예를 들어, 상기 방법은 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지에서 상기 조영제만을 투과한 X선을 검출하여 생성된 조영제 프로젝션 이미지를 분리하는 단계를 더 포함하고, 상기 픽셀 값의 차를 측정하는 단계는 상기 조영제를 상기 관심 영역에 주입하기 전에 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산한 값을 기준값으로 설정하는 단계, 및 상기 조영제 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산한 값과 상기 기준값의 차를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 방법은 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 중 인접하여 배치된 기설정된 개수의 픽셀들 각각의 픽셀 값의 평균을 계산하고, 상기 기설정된 개수의 픽셀들의 픽셀 값을 계산된 평균값으로 대체하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 개시의 일 실시예는 대상체를 중심으로 하는 적어도 하나의 각도 위치에서 상기 대상체의 관심 영역(ROI)에 X선을 조사하는 X선 소스, 상기 적어도 하나의 각도 위치에서 상기 관심 영역을 투과한 X선을 검출하는 X선 디텍터, 상기 X선 디텍터를 통해 검출된 X선을 통해 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지(X-ray projection image)를 획득하는 데이터 획득부, 및 상기 대상체에 관한 스카우트 이미지 상에 상기 관심 영역을 설정하고, 상기 관심 영역에 조영제를 주입하기 전에 획득한 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지와 상기 관심 영역에 조영제를 주입하고 난 이후에 획득한 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값의 차를 측정하고, 측정된 상기 픽셀 값의 차를 기설정된 임계치와 비교하여 진단용 컴퓨터 단층 촬영의 개시 여부를 결정하는 프로세서를 포함하는 컴퓨터 단층 촬영 장치를 제공한다.
예를 들어, 상기 X선 소스는 상기 관심 영역을 포함하는 상기 대상체의 소정 영역에 대하여 X선을 조사하고, 상기 X선 디텍터는 상기 대상체의 소정 영역을 투과한 X선을 검출하며, 상기 프로세서는 상기 투과된 X선을 이용하여 상기 스카우트 이미지를 생성할 수 있다.
예를 들어, 상기 프로세서는 상기 조영제를 상기 관심 영역에 주입하기 전에 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산한 값을 기준값으로 설정하고, 상기 조영제를 상기 관심 영역에 주입한 이후 복수의 시점에서 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 복수의 시점 각각에 따라 합산한 값과 상기 기준값의 차를 계산하고, 상기 복수의 시점 중 계산된 차이값이 기설정된 임계치를 초과하는 시점에 상기 대상체를 검사하기 위한 진단용 컴퓨터 단층 촬영을 개시하도록 결정할 수 있다.
예를 들어, 상기 프로세서는 상기 조영제를 상기 관심 영역에 주입하기 전에 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지 중 제1 각도 위치에서 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값의 합산을 상기 기준값으로 설정하고, 상기 조영제를 상기 관심 영역에 주입한 이후의 복수의 시점에서 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지 중 상기 제1 각도 위치에서 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 상기 복수의 시점 각각에 대하여 합산하고, 합산된 값과 상기 기준값의 차를 계산할 수 있다.
예를 들어, 상기 X선 디텍터는 복수의 에너지 대역을 갖는 X선을 검출하는 포톤 카운팅 디텍터(Photon Counting Detector, PCD)일 수 있다.
예를 들어, 상기 X선 디텍터는 상기 복수의 에너지 대역 중 제1 에너지 대역에 해당되는 에너지를 갖는 X선을 검출하고, 상기 데이터 획득부는 상기 X선 디텍터를 통해 검출된 X선을 통해 상기 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 획득할 수 있다.
예를 들어, 상기 X선 디텍터는 상기 복수의 에너지 대역 중 상기 조영제의 감쇠 계수(attenuation coefficient)가 급격히 증가하는 에너지 대역인 k-edge에 해당되는 에너지를 갖는 X선을 검출하고, 상기 데이터 획득부는 상기 X선 디텍터를 통해 검출된 X선을 통해 상기 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 획득할 수 있다.
예를 들어, 상기 X선 소스는 서로 다른 관전압으로 X선을 조사하는 복수의 X선 소스로 구성되고, 상기 X선 디텍터는 상기 복수의 X선 소스에서 각각 조사되어 상기 관심 영역을 투과한 X선을 검출하는 복수의 X선 디텍터로 구성되고, 상기 데이터 획득부는 상기 복수의 X선 디텍터를 통해 검출된 X선을 이용하여 복수의 에너지 대역에 각각 대응되는 복수의 X선 프로젝션 이미지를 획득하고, 상기 프로세서는 상기 복수의 X선 프로젝션 이미지 중 상기 조영제의 감쇠 정도가 최대인 에너지 대역에 해당되는 에너지를 갖는 X선을 검출하여 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값과 상기 조영제가 상기 관심 영역에 주입되기 전에 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값의 차이를 측정할 수 있다.
예를 들어, 상기 프로세서는 상기 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지에서 상기 조영제만을 투과하여 검출된 X선 만을 포함하는 조영제 프로젝션 이미지를 분리하고, 상기 조영제를 상기 관심 영역에 주입하기 전에 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산한 값을 기준값으로 설정하고, 상기 조영제 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산한 값과 상기 기준값의 차를 계산할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 개시의 일 실시예는 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 제공하고, 상기 저장 매체는 대상체에 관한 스카우트 이미지(Scout image) 상에서 관심 영역(Region of Interest, ROI)을 설정하는 단계, 상기 관심 영역에 X선을 조사하고, 상기 관심 영역을 투과하는 X선을 검출하여 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지(X-ray projection image)를 획득하는 단계, 상기 관심 영역에 조영제를 주입하기 전에 획득한 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지와 상기 관심 영역에 조영제를 주입하고 난 이후에 획득한 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값의 차를 측정하는 단계, 및 측정된 상기 픽셀 값의 차를 기설정된 임계치와 비교하여 진단용 컴퓨터 단층 촬영의 개시 여부를 결정하는 단계를 수행하는 명령어들을 포함할 수 있다.
본 개시는, 다음의 자세한 설명과 그에 수반되는 도면들의 결합으로 쉽게 이해될 수 있으며, 참조 번호(reference numerals)들은 구조적 구성요소(structural elements)를 의미한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치가 대상체에 조영제를 주입하여 진단용 컴퓨터 단층 영상을 촬영하는 시점을 결정하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치의 구성 요소를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치가 대상체에 조영제를 주입하여 진단용 컴퓨터 단층 영상을 촬영하는 시점을 결정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치가 대상체에 조영제를 주입하기 전과 주입한 이후에 각각 획득된 X선 프로젝션 이미지를 이용하여 진단용 컴퓨터 단층 촬영의 개시 시점을 결정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치가 특정 각도 위치에서 대상체에 X선을 조사하여 획득한 X선 프로젝션 이미지를 이용하여 진단용 컴퓨터 단층 촬영의 개시 시점을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 대상체의 뼈, 물, 및 조영제 각각의 감쇠 계수를 에너지에 따라 도시한 그래프이다.
도 7a는 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치의 구성 요소를 도시한 블록도이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 컴퓨터 단층 촬영 장치가 대상체에 서로 다른 복수의 에너지 대역을 갖는 X선을 조사하여 컴퓨터 단층 영상을 촬영하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 7c는 도 7a에 도시된 컴퓨터 단층 촬영 장치가 조사하고, 대상체를 투과하여 검출된 X선의 광자 개수를 에너지 대역에 따라 도시한 그래프이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치가 서로 다른 복수의 에너지 대역을 갖는 X선을 대상체에 조사하여 복수의 X선 프로젝션 이미지를 획득하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치가 대상체에 관한 X선 프로젝션 이미지에서 조영제 프로젝션 이미지를 분리하고, 분리된 조영제 프로젝션 이미지를 이용하여 진단용 컴퓨터 단층 촬영의 개시 여부를 결정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치가 X선 프로젝션 이미지의 노이즈(noise)를 감소시키기 위하여 X선 프로젝션 이미지 내의 픽셀을 비닝(binning)하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치를 이용하여 대상체의 스카우트 이미지 상에 관심 영역(ROI)를 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치가 대상체에 대한 진단용 컴퓨터 단층 영상을 촬영하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치가 대상체에 조영제를 주입하여 진단용 컴퓨터 단층 영상을 촬영하는 시점을 결정하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치의 구성 요소를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치가 대상체에 조영제를 주입하여 진단용 컴퓨터 단층 영상을 촬영하는 시점을 결정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치가 대상체에 조영제를 주입하기 전과 주입한 이후에 각각 획득된 X선 프로젝션 이미지를 이용하여 진단용 컴퓨터 단층 촬영의 개시 시점을 결정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치가 특정 각도 위치에서 대상체에 X선을 조사하여 획득한 X선 프로젝션 이미지를 이용하여 진단용 컴퓨터 단층 촬영의 개시 시점을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 대상체의 뼈, 물, 및 조영제 각각의 감쇠 계수를 에너지에 따라 도시한 그래프이다.
도 7a는 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치의 구성 요소를 도시한 블록도이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 컴퓨터 단층 촬영 장치가 대상체에 서로 다른 복수의 에너지 대역을 갖는 X선을 조사하여 컴퓨터 단층 영상을 촬영하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 7c는 도 7a에 도시된 컴퓨터 단층 촬영 장치가 조사하고, 대상체를 투과하여 검출된 X선의 광자 개수를 에너지 대역에 따라 도시한 그래프이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치가 서로 다른 복수의 에너지 대역을 갖는 X선을 대상체에 조사하여 복수의 X선 프로젝션 이미지를 획득하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치가 대상체에 관한 X선 프로젝션 이미지에서 조영제 프로젝션 이미지를 분리하고, 분리된 조영제 프로젝션 이미지를 이용하여 진단용 컴퓨터 단층 촬영의 개시 여부를 결정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치가 X선 프로젝션 이미지의 노이즈(noise)를 감소시키기 위하여 X선 프로젝션 이미지 내의 픽셀을 비닝(binning)하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치를 이용하여 대상체의 스카우트 이미지 상에 관심 영역(ROI)를 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치가 대상체에 대한 진단용 컴퓨터 단층 영상을 촬영하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치의 구조를 도시한 도면이다.
본 명세서는 본 발명의 권리범위를 명확히 하고, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있도록, 본 개시의 원리를 설명하고, 실시예들을 개시한다. 개시된 실시예들은 다양한 형태로 구현될 수 있다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 개시가 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부'(part, portion)라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부'가 하나의 요소(unit, element)로 구현되거나, 하나의 '부'가 복수의 요소들을 포함하는 것도 가능하다. 이하 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 작용 원리 및 실시예들에 대해 설명한다.
본 명세서에서 영상은 컴퓨터 단층 촬영(CT, Computed Tomography) 장치, 자기 공명 영상(MRI, Magnetic Resonance Imaging) 장치, 초음파 촬영 장치, 또는 X선 촬영 장치 등의 의료 영상 장치에 의해 획득된 의료 영상을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 '대상체(object)'는 촬영의 대상이 되는 것으로서, 사람, 동물, 또는 그 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체는 신체의 일부(장기 또는 기관 등; organ) 또는 팬텀(phantom) 등을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 '컴퓨터 단층 촬영 장치' 또는 'CT(Computed Tomography) 영상 장치'는 대상체에 대한 적어도 하나의 축을 중심으로 회전하며 X선을 조사하고, X선을 검출하여 대상체를 촬영하는 시스템 또는 장치를 의미한다.
본 명세서에서 '컴퓨터 단층 촬영 영상'또는 'CT 이미지'는 대상체에 대한 적어도 하나의 축을 중심으로 회전하며 조사된 X선을 검출하여 대상체를 촬영함으로써 획득된 로 데이터(raw data)를 변환하여 복원한 영상을 의미한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치(100)가 대상체(1)에 조영제를 주입하여 진단용 컴퓨터 단층 영상을 촬영하는 시점을 결정하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 컴퓨터 단층 촬영 장치(100)는 스카우트 이미지(10) 상에 관심 영역(Region of Interest, ROI)(10R)을 설정하고, 설정된 관심 영역(10R)에 대한 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 획득하며, 대상체(1)에 조영제 주입 전과 조영제 주입 이후에 각각 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값의 차이를 측정하여 이를 기초로 진단용 컴퓨터 단층 영상(CT)의 촬영 개시 여부를 결정한다.
구체적으로, 첫째 단계로써 컴퓨터 단층 촬영 장치(100)는 대상체에 관한 스카우트 이미지(Scout image, 10)를 촬영하고, 촬영된 스카우트 이미지(10) 상에 관심 영역(10R)을 설정할 수 있다. 여기서, 스카우트 이미지(10)란, 컴퓨터 단층 촬영을 하고자 하는 영역, 즉 관심 영역(10R)을 포함하는 대상체(1)의 소정 영역 상에 X선을 조사하고, 대상체(1)를 투과한 X선을 검출하여 획득하는 예비 이미지(Preliminary image)일 수 있다. 스카우트 이미지(10)는 관심 영역(10R)을 포함하는 촬영 대상 영역에 X선 소스(110)와 X선 디텍터(120)를 위치시키기 위하여 촬영하는 영상일 수 있다.
컴퓨터 단층 촬영 장치(100)는 스카우트 이미지(10) 상에 관심 영역(10R)을 설정하는 사용자 입력을 수신하고, 수신된 사용자 입력을 기초로 관심 영역(10R)을 설정할 수 있다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(100)는 대상체(1) 내에 조영제를 주입하여 관찰할 영역, 예를 들어 경동맥(carotid artery) 또는 폐동맥(pulmonary artery) 만을 관심 영역(10R)으로 설정하지 않고, 환자의 어깨 내지 상악골 부분이 모두 포함된 비교적 넓은 부분을 관심 영역(10R)으로 설정할 수 있다.
관심 영역(10R)을 설정하고 난 이후, 컴퓨터 단층 촬영 장치(100)는 대상체(1)를 중심으로 하는 적어도 하나의 각도 위치(θ1, θ2, θ3, …)에서 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지(21, 22, 23)를 획득할 수 있다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(100)는 X선 소스(110)를 이용하여 제1 각도 위치(θ1)에서 대상체(1)에 X선을 조사하고, 대상체(1)를 투과한 X선을 검출하여 제1 X선 프로젝션 이미지(21)를 획득할 수 있다. 이후, 컴퓨터 단층 촬영 장치(100)는 X선 소스(110)를 회전 프레임(130) 상에서 기설정된 각도(θ)만큼 이동시킨 후 제2 각도 위치(θ2)에서 대상체(1)에 X선을 조사하고, 대상체(1)를 투과한 X선을 검출하여 제2 X선 프로젝션 이미지(22)를 획득할 수 있다. 마찬가지로, 컴퓨터 단층 촬영 장치(100)는 제3 각도 위치(θ3)에서 제3 X선 프로젝션 이미지(23)를 획득할 수 있다. 도 1에서는 제1 각도 위치(θ1) 내지 제3 각도 위치(θ3) 각각에서 제1 X선 프로젝션 이미지(21) 내지 제3 X선 프로젝션 이미지(23)를 포함하는 총 3개의 X선 프로젝션 이미지를 획득하는 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것일뿐, 3개의 X선 프로젝션 이미지로 한정되지 않는다.
컴퓨터 단층 촬영 장치(100)는 대상체(1)의 관심 영역(10R), 예를 들어 혈관에 조영제를 주입하고, 조영제를 주입하기 전과 조영제를 주입한 이후에 각각 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값의 차(difference)를 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(100)는 조영제를 관심 영역(10R)에 주입하기 전에 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산한 값을 기준값으로 설정할 수 있다. 또한, 컴퓨터 단층 촬영 장치(100)는 관심 영역(10R)에 조영제를 주입한 이후의 복수의 시점에서 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 각각 합산하고, 복수의 시점에 따라 합산된 픽셀 값과 기준값의 차를 계산할 수 있다. 이에 대해서는 도 3에서 상세하게 설명하기로 한다.
다른 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(100)는 특정 각도 위치, 예를 들어 제1 각도 위치(θ1)에서 X선을 조사하여 획득한 제1 X선 프로젝션 이미지(21)의 픽셀 값을 기준값으로 설정하고, 조영제를 주입한 이후의 복수의 시점에서 제1 각도 위치(θ1)에서 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산하고, 합산된 값과 기준값의 차를 계산할 수 있다. 이에 대해서는 도 5에서 상세하게 설명하기로 한다.
컴퓨터 단층 촬영 장치(100)는 측정된 차이값을 기설정된 임계치와 비교하여 진단용 컴퓨터 단층 영상의 촬영(diagnostic scan) 개시 여부를 결정할 수 있다. 여기에서, 진단용 컴퓨터 단층 영상은 X선 소스(110)를 대상체(1)를 중심으로 360° 회전시켜 X선을 조사하고, X선 디텍터(120)를 통해 대상체(1)를 투과한 X선을 검출하여 획득한 사이노그램을 복원하여 생성된 영상일 수 있다.
대상체 내의 관심 영역에 조영제를 주입하고 난 이후 시간에 따라 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값의 합산과 기준값과의 차이가 특정 시점(tk)에서 임계치(threshold, △th)를 초과할 수 있다. 컴퓨터 단층 촬영 장치(100)는 조영제를 주입한 이후 복수의 시점에서의 X선 프로젝션 이미지의 합산 값과 기준값과의 차이를 계산하고, 계산된 차이값을 추적하여 상기 특정 시점(tk)에 진단용 컴퓨터 단층 영상의 촬영의 개시를 결정할 수 있다. 상기 특정 시점(tk)는 조영제의 감쇠 계수가 급격하게 변경되는 시점으로써, 컴퓨터 단층 영상 내의 조영제의 주입으로 인한 대비 효과가 극대화되는 시점일 수 있다. 이에 대해서는 도 6에서 상세하게 설명하기로 한다.
일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(100)는 상기 특정 시점(tk) 이후 기설정된 지연 시간(delay)이 지난 후에 진단용 컴퓨터 단층 영상의 촬영을 개시할 수도 있다.
볼러스 추적 기술(bolus tracking)에 있어서, 대상체에 주입된 조영제의 감쇠 계수(attenuation coefficient)가 최대인 시점에 X선을 조사하여야 대비 효과가 극대화된 고품질의 컴퓨터 단층 촬영 이미지를 획득할 수 있다. 종래의 볼러스 추적 기술은 관심 영역, 예를 들어 경동맥 또는 폐동맥에 조영제를 주입하고, 조영제를 통한 대비 효과가 극대화되는 시점을 특정하기 위하여 X선을 조사하여 생성된 X선 프로젝션 이미지를 복원 과정(reconstruction)을 거쳐 예비 촬영 이미지(Pre-scan image)를 획득하고, 획득된 예비 촬영 이미지 상에 관심 영역을 설정하여 관심 영역 내에서의 HU(Hounsfield Unit) 값을 측정하여 진단용 컴퓨터 단층 촬영을 개시하기 위한 시점을 측정하는 방법이 사용되었다. 구체적으로, 종래의 방법은, 관심 영역 내에서의 HU 값이 기설정된 임계값(threshold) 이상인지 여부를 추적하고, HU 값이 임계값 이상으로 측정된 시점에 진단용 컴퓨터 단층 촬영을 개시하도록 결정하는 방법이다. 그러나, 종래의 방법은 예비 촬영 이미지 상에서 관심 영역을 정확하게 설정해야 하는 사용자의 불편을 야기하고, 예비 촬영 이미지 상의 관찰하고자 하는 영역이 아닌 잘못된 영역에 관심 영역을 설정하는 경우 재촬영해야 하는 번거로움이 있다. 또한, X선 프로젝션 이미지를 복원하여 예비 촬영 이미지를 획득하는데 있어서 시간이 많이 소요되고, 예비 촬영 이미지를 복원하는 시간 동안 조영제의 감쇠 계수가 최대인 시점을 놓치는 문제점이 있다. 또한, 예비 촬영 이미지를 획득하는데 있어서 X선 소스를 회전 프레임 상에서 360° 회전하면서 X선을 조사하는바, 환자에 대한 피폭 선량이 과다하게 증가되는 문제점이 있을 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치(100)는 관심 영역 내에 조영제를 주입하기 전에 획득한 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값과 조영제를 주입한 이후에 획득한 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값의 차이를 이용하여 조영제로 인한 대비 효과가 극대화되는 시점을 결정하는바, 컴퓨터 단층 영상의 복원 프로세스(reconstruction)으로 소요되는 시간을 절감할 수 있는 장점이 있다. 또한, 복원 프로세스로 인한 시간 소요가 적기 때문에 조영제로 인한 대비 효과가 극대화되는 시점을 놓치는 문제점 역시 해결할 수 있다.
또한, 대상체(1)를 중심으로 하여 360° 회전하여 X선을 조사하고, 대상체(1)를 투과한 X선을 검출한 이후 복원 과정을 거치는 종래 기술과는 달리, 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치(100)는 대상체(1)를 중심으로 적어도 하나의 각도 위치(θ1, θ2, θ3, …)에서만 X선을 조사하고, 이를 통해 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지(21, 22, 23, …)를 이용하여 진단용 컴퓨터 단층 영상의 촬영 개시 시점을 결정하는바, 환자에 피폭되는 X선 선량을 감소시킬 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)의 구성 요소를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 X선 소스(210), X선 디텍터(220), 데이터 획득부(230), 및 프로세서(230)를 포함할 수 있다. 다만, 도 2에 도시된 구성 요소는 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)의 필수 구성만을 도시한 것으로서, 갠트리, 회전 프레임, 테이블, 디스플레이부, 및 통신부 등을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 스카우트 이미지(10, 도 1 참조) 상에 관심 영역을 설정하는 사용자 입력을 수신하는 사용자 입력부를 더 포함할 수 있다.
X선 소스(210)는 X선을 생성하고, 대상체(예를 들어, 환자)를 중심으로 배치된 회전 프레임(130, 도 1 참조) 상에서 회전하면서 생성된 X선을 대상체에 조사할 수 있다. 일 실시예에서, X선 소스(210)는 회전 축을 중심으로 회전 프레임(130, 도 1 참조)을 기설정된 각도 간격으로 회전하면서 복수의 각도 위치(θ1, θ2, θ3, 도 1 참조)에서 대상체에 X선을 조사할 수 있다. 예를 들어, X선 소스(210)는 회전 축을 1°간격으로 회전하면서 대상체에 X선을 조사할 수 있다. 이 경우 X선 소스(210)는 1°, 2°, 3°, … 각도 위치에서 대상체에 X선을 조사할 수 있다.
X선 디텍터(220)는 X선 소스(210)에서 대상체를 향하여 조사된 X선을 검출할 수 있다. 일 실시예에서, X선 디텍터(220)는 서로 다른 복수의 에너지 대역을 갖는 X선을 검출하는 포톤 카운팅 디텍터(Photon Counting Detector, PCD)로 구성될 수 있다. X선 디텍터(220)는 X선 소스(210)가 회전하는 복수의 각도에서 조사되는 X선을 검출할 수 있다. 예를 들어, X선 소스(210)는 1°, 2°, 3°, … 각도 위치에서 대상체에 X선을 조사하는 경우, X선 디텍터(220)는 1°, 2°, 3°, … 각도 위치에 따른 X선을 검출할 수 있다.
데이터 획득부(230)는 X선 디텍터(220)에서 출력된 X선 프로젝션 데이터를 획득할 수 있다. 데이터 획득부(230)는 적어도 하나의 증폭 회로를 포함하고, 적어도 하나의 증폭 회로를 이용하여 X선 프로젝션 데이터를 증폭할 수 있다. 도 2에서 데이터 획득부(230)는 도 13에 도시된 데이터 획득 회로(Data Acquisition System, DAS)(1315-1)와 동일한 구성 요소일 수 있다. 일 실시예에서, 데이터 획득부(230)는 X선 소스(210)가 대상체를 중심으로 하는 축을 중심으로 기설정된 각도 간격으로 회전하면서 적어도 하나의 각도 위치에서 조사한 X선을 검출한 X선 디텍터(220)로부터 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 획득할 수 있다. 일 실시예에서, 데이터 획득부(230)는 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 적어도 하나의 각도 위치 별로 순서대로 쌓아서 사이노그램(sinogram)을 형성할 수도 있다.
프로세서(240)는 대상체에 관한 스카우트 이미지 상에 관심 영역을 설정하고, 관심 영역에 조영제를 주입하기 전에 획득한 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지와 조영제를 주입하고 난 이후에 획득한 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값의 차를 측정하고, 측정된 상기 픽셀 값의 차를 기설정된 임계치와 비교하여 진단용 컴퓨터 단층 촬영의 개시 여부를 결정할 수 있다. 프로세서(240)는 데이터 획득부(230)에서 획득한 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 수치화하고, 픽셀 값을 합산하며, 조영제 주입 전과 조영제 주입 후의 픽셀 값의 차이를 측정하는 연산 능력이 있는 하드웨어 유닛으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(240)는 중앙 처리 장치(Central Processing Unit), 마이크로 프로세서(microprocessor) 및 그래픽 프로세서(Graphic Processing Unit) 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.
일 실시예에서, X선 소스(210)는 관심 영역을 포함하는 대상체의 소정 영역에 대하여 X선을 조사하고, X선 디텍터(220)는 대상체의 소정 영역을 투과한 X선을 검출하며, 프로세서(240)는 투과된 X선을 통해 획득된 X선 프로젝션 이미지를 복원하여 스카우트 이미지(Scout image)를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 사용자 입력부는 스카우트 이미지 상에서 관심 영역, 예를 들어 관찰 대상 혈관을 포함하는 소정의 영역을 설정하는 사용자 입력을 수신하고, 프로세서(240)는 수신된 사용자 입력에 기초하여 스카우트 이미지 상에서 관심 영역을 설정할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(240)는 관심 영역에 조영제를 주입하기 전에 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산한 값을 기준값으로 설정하고, 조영제를 관심 영역에 주입한 이후 복수의 시점에서 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 복수의 시점 각각에 따라 합산한 값과 기준값의 차(difference)를 계산할 수 있다. 프로세서(240)는 조영제를 주입한 이후의 복수의 시점 중 계산된 차이값이 기설정된 임계치(threshold)를 초과하는 시점에 대상체를 검사하기 위한 진단용 컴퓨터 단층 촬영을 개시하도록 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(240)는 관심 영역에 조영제를 주입하기 전에 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지 중 특정 각도 위치에서 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산하여 기준값으로 설정하고, 조영제를 관심 영역에 주입한 이후 복수의 시점에서 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지 중 상기 특정 각도 위치에서 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 복수의 시점 각각에 대하여 합산할 수 있다. 프로세서(240)는 복수의 시점 각각에 대하여 합산된 값과 기준값의 차를 계산하고, 계산된 차이값이 기설정된 임계치(threshold)를 초과하는 시점에 진단용 컴퓨터 단층 촬영을 개시하도록 결정할 수 있다.
일 실시예에서, X선 디텍터(220)는 포톤 카운팅 디텍터로 구성되고, 복수의 에너지 대역 중 조영제의 감쇠 계수(attenuation coefficient)가 최대가 되는 에너지 대역을 갖는 X선을 검출하고, 데이터 획득부(230)는 X선 디텍터(220)를 통해 검출된 X선을 통해 적어도 하나의 프로젝션 이미지를 획득할 수 있다. 프로세서(240)는 데이터 획득부(230)에서 획득한 적어도 하나의 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산하고, 합산된 픽셀 값과 기준값의 차이를 계산하여 진단용 컴퓨터 단층 영상의 촬영 개시 여부를 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(240)는 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지에서 조영제만을 투과하여 검출된 X선만을 포함하는 조영제 프로젝션 이미지를 분리할 수 있다. 프로세서(240)는 조영제를 주입한 이후의 복수의 시점에서 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산하고, 복수의 시점에 각각에 대하여 합산된 픽셀 값과 기준값과의 차를 계산할 수 있다. 프로세서(240)는 계산된 차이값이 기설정된 임계치(threshold)를 초과하는 시점에 진단용 컴퓨터 단층 영상의 촬영을 개시하도록 결정할 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)가 대상체에 조영제를 주입하여 진단용 컴퓨터 단층 영상을 촬영하는 시점을 결정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
단계 S310에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 대상체에 관한 스카우트 이미지(Scout image) 상에서 관심 영역(ROI)을 설정한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 관심 영역을 포함하는 대상체의 소정 영역 상에 X선을 조사하고, 대상체를 투과한 X선을 검출하여 스카우트 이미지를 촬영할 수 있다. 여기서, 스카우트 이미지는 관심 영역을 포함하는 촬영 대상 영역에 X선 소스와 X선 디텍터를 위치시키기 위하여 촬영하는 영상일 수 있다.
컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 스카우트 이미지 상에 관심 영역을 설정하는 사용자 입력을 수신하고, 수신된 사용자 입력을 기초로 관심 영역을 설정할 수 있다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 대상체 내에 조영제를 주입하여 관찰할 영역, 예를 들어 경동맥(carotid artery) 또는 폐동맥(pulmonary artery) 만을 관심 영역으로 설정하지 않고, 환자의 어깨 내지 상악골 부분이 모두 포함된 비교적 넓은 부분을 관심 영역으로 설정할 수 있다.
단계 S320에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 관심 영역에 X선을 조사하고, 관심 영역을 투과하는 X선을 검출하여 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지(X-ray projection image)를 획득한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 대상체를 중심으로 하는 적어도 하나의 각도 위치에서 X선 소스를 통해 X선을 조사하고, 대상체를 투과한 X선을 X선 디텍터를 이용하여 검출할 수 있다. 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 적어도 하나의 각도 위치에서 각각 검출된 X선을 이용하여 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 생성할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 X선 소스를 이용하여 제1 각도 위치에서 대상체에 X선을 조사하고, 대상체를 투과한 X선을 검출하여 제1 X선 프로젝션 이미지를 획득할 수 있다. 마찬가지로, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 X선 소스를 이용하여 제2 각도 위치에서 대상체에 X선을 조사하고, 대상체를 투과한 X선을 검출하여 제2 X선 프로젝션 이미지를 획득할 수 있다.
단계 S330에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 관심 영역에 조영제를 주입하기 전과 후에 각각 획득한 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값의 차(difference)를 측정한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 관심 영역에 조영제를 주입하기 전에 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산한 값을 기준값으로 설정할 수 있다. 또한, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 관심 영역에 조영제를 주입한 이후의 복수의 시점에서 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 각각 합산하고, 복수의 시점 각각에 대하여 합산된 픽셀 값과 기준값의 차를 계산할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 제1 시점(t1)에 적어도 하나의 각도 위치에서 X선 소스를 통해 X선을 조사하고, 대상체를 투과한 X선을 검출하여 획득한 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 모두 합산하고, 합산된 제1 픽셀 값과 기준값의 차를 계산할 수 있다. 또한, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 제2 시점(t2)에 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 모두 합산하고, 합산된 제2 픽셀 값과 기준값의 차를 계산할 수 있다. 마찬가지로, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 제n 시점(tn)에서 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 모두 합산하고, 제n 시점에서 합산된 제n 픽셀 값과 기준값의 차이를 계산할 수 있다.
단계 S340에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 측정된 픽셀 값의 차를 기설정된 임계치(threshold)와 비교하여 진단용 컴퓨터 단층 영상 촬영의 개시 여부를 결정한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 관심 영역에 조영제를 주입한 이후의 복수의 시점에 대하여 계산된 차이값을 기설정된 임계치와 비교할 수 있다. 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 복수의 시점 중 계산된 차이값이 임계치를 초과하는 시점, 즉 tk에서 진단용 컴퓨터 단층 영상을 촬영하도록 결정할 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)가 대상체에 조영제를 주입하기 전과 주입한 이후에 각각 획득된 X선 프로젝션 이미지를 이용하여 진단용 컴퓨터 단층 영상의 촬영 개시 시점을 결정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
단계 S410에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 조영제를 관심 영역에 주입하기 전에 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산하고, 합산된 값을 기준값으로 설정한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 대상체에 조영제를 주입하기 전에, 대상체를 중심으로 하는 적어도 하나의 각도 위치에서 X선 소스를 통해 X선을 조사하고, 대상체를 투과한 X선을 X선 디텍터를 이용하여 검출할 수 있다. 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 적어도 하나의 각도 위치에서 각각 검출된 X선을 이용하여 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 생성할 수 있다. 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 조영제를 주입하기 전에 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 모두 합산하여 기준값으로 설정할 수 있다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 조영제를 주입하기 전에 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지 중 특정 각도 위치에서 X선 소스를 통해 대상체에 X선을 조사하고, 특정 각도 위치에서 대상체를 투과하여 검출된 X선을 통해 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값만을 합산하여 기준값으로 설정할 수도 있다. 예를 들어, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 제1 각도 위치(θ1)에서 X선을 조사하여 획득한 제1 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산하여 기준값으로 설정할 수 있다.
단계 S420에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 조영제를 관심 영역에 주입한 이후 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 복수의 시점 각각에 따라 합산한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 조영제가 관심 영역에 주입되고 난 이후 복수의 시점에서 대상체에 X선을 조사하고, 대상체를 투과한 X선을 검출하여 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 획득할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 조영제가 관심 영역에 주입된 이후 제1 시점(t1)에 적어도 하나의 각도 위치에서 X선 소스를 통해 X선을 조사하고, 대상체를 투과한 X선을 검출하여 적어도 하나의 프로젝션 이미지를 획득할 수 있다. 마찬가지로, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 제1 시점(t1) 이후 제2 시점(t2)에서 제1 시점(t1)에서와 동일한 각도 위치에서 X선 소스를 통해 X선을 조사하고, 대상체를 투과한 X선을 검출하여 적어도 하나의 프로젝션 이미지를 획득할 수 있다.
단계 S430에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 복수의 시점 각각에 따라 합산된 픽셀 값과 기준값의 차이를 계산한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 제1 시점(t1)에서 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 모두 합산하여 제1 픽셀 값을 계산하고, 제1 픽셀 값과 기준값의 차를 측정할 수 있다. 마찬가지로, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 제2 시점(t2)에서 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 모두 합산하여 제2 픽셀 값을 계산하고, 제2 픽셀 값과 기준값의 차를 측정할 수 있다.
단계 S440에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 계산된 차이값과 기설정된 임계값(threshold)을 비교한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 복수의 시점에서 각각 계산된 차이값이 기설정된 임계값을 초과하는지를 추적할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 제1 시점(t1)에서 계산된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값의 합산 값, 즉 제1 픽셀 값과 기준값의 차가 임계값을 초과하는지를 제1 시점(t1)에서 판단하고, 제2 시점(t2)에서 계산된 제2 픽셀 값과 기준값의 차가 임계값을 초과하는지 여부를 제2 시점(t2)에서 판단할 수 있다.
계산된 차이값이 임계값을 초과하지 않는 경우(No), 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 제3 시점(t3)에서 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 획득하고, 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산하여 제3 픽셀 값을 계산하는 단계(S420)로 돌아간다. 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 계산된 차이값이 임계값을 초과하는 시점이 도달할 때까지 복수의 시점에서 X선 프로젝션 이미지를 획득하고, 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산한 값과 기준값의 차이를 계산하며, 계산된 차이값과 임계값을 비교할 수 있다.
계산된 차이값이 임계값을 초과하는 경우(Yes), 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 진단용 컴퓨터 단층 영상의 촬영을 개시하도록 결정한다(단계 S450). 단계 S450에서, 진단용 컴퓨터 단층 영상은 X선 소스를 대상체를 중심으로 360° 회전시켜 X선을 조사하고, X선 디텍터를 통해 대상체를 투과한 X선을 검출하여 획득한 사이노그램을 복원하여 생성된 영상일 수 있다.
단계 S440에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 계산된 차이값이 임계값을 초과하는 시점(tk)에 도달하는 직후, 진단용 컴퓨터 단층 영상의 촬영을 개시할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(100)는 계산된 차이값이 임계값을 초과하는 시점(tk) 이후 기설정된 지연 시간(delay) 후에 진단용 컴퓨터 단층 영상의 촬영을 개시하도록 결정할 수도 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)가 특정 각도 위치에서 대상체에 X선을 조사하여 획득한 X선 프로젝션 이미지(500, 5001, …, 500k)를 이용하여 진단용 컴퓨터 단층 촬영의 개시 시점을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 대상체(1)의 관심 영역 내에 조영제를 주입하기 전의 시점(t0)에 X선 소스(210)를 이용하여 대상체(1)에 X선을 조사하고, X선 디텍터(220)를 통해 대상체(1)를 투과한 X선을 검출하여 X선 프로젝션 이미지(500)를 획득할 수 있다. 이 경우, X선 소스(210)는 대상체(1)를 중심으로 하는 회전 프레임(211) 상의 제1 각도 위치(θ1)에서 대상체(1)에 X선을 조사하고, 제1 각도 위치(θ1)의 맞은 편에 위치한 X선 디텍터(220)를 통해 대상체(1)를 투과한 X선을 검출하여 X선 프로젝션 이미지(500)를 획득할 수 있다. 제1 각도 위치(θ1)는 회전 프레임(211) 상의 0°위치에서 기설정된 각도(θ)만큼 회전한 위치일 수 있다.
컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 조영제를 관심 영역에 주입하기 전의 시점(t0)에서 획득된 X선 프로젝션 이미지(500)의 픽셀 값을 합산하여 기준값으로 설정할 수 있다.
컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 대상체(1) 내의 관심 영역에 조영제를 주입하고, 조영제가 주입된 이후의 복수의 시점에서 X선 프로젝션 이미지를 획득할 수 있다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 관심 영역에 조영제를 주입한 이후의 특정 시점(tk)에서 X선 소스(210)를 제1 각도 위치(θ1)로 이동시킨 후 제1 각도 위치(θ1)의 맞은 편에 위치하는 X선 디텍터(220)를 통해 대상체(1)의 관심 영역을 투과한 X선을 검출하여 X선 프로젝션 이미지(500k)를 획득할 수 있다.
컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 관심 영역에 조영제를 주입한 이후의 특정 시점(tk)에서 획득한 X선 프로젝션 이미지(500k)의 픽셀 값을 합산하고, 합산된 값과 기준값의 차를 계산할 수 있다. 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 계산된 차이값이 기설정된 임계치를 초과하는 시점에서 진단용 컴퓨터 단층 영상을 촬영하도록 결정할 수 있다.
도 5에 도시된 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 대상체(1)의 관심 영역 내에 조영제를 주입하기 전(t0)과 주입한 이후의 시점(tk)에서 모두 동일한 각도 위치, 즉 제1 각도 위치(θ1)에서 X선을 조사하고, 대상체(1)를 투과한 X선을 검출하여 획득된 프로젝션 이미지(500, 500k) 간의 픽셀 값 차이에 기초하여 진단용 컴퓨터 단층 영상의 촬영 개시 시점을 결정할 수 있다.
도 6은 대상체의 뼈, 물, 및 조영제 각각의 감쇠 계수(attenuation coefficient)를 에너지에 따라 도시한 그래프(600)이다.
도 6에 도시된 그래프(600)를 참조하면, 뼈의 감쇠 계수(610) 및 물의 감쇠 계수(630)는 에너지가 증가함에 따라 지속적으로 감소하는 경향을 갖는다. 그러나, 조영제의 감쇠 계수(620)는 복수의 에너지 대역(E1 내지 E3) 중 특정 에너지 대역에서 급격하게 변경된다. 즉, 조영제의 감쇠 계수(620)는 에너지의 상승에 따라 급격하게 증가하거나 또는 급격하게 감소하는 특정 에너지 대역이 있을 수 있다. 예를 들어, 조영제의 감쇠 계수(620)는 제2 에너지 대역(E2)에서 에너지 대역의 상승에 따라 급격하게 증가하였다가 다시 감소한다. 조영제의 감쇠 계수(620)가 급격하게 변경되는 에너지 대역인 따는 k-edge 에너지(Ek)로 정의되고, 조영제의 감쇠 계수(620)는 k-edge 에너지(Ek)에서 급격하게 증가할 수 있다.
도 6에서, 조영제는 iodine일 수 있으나, 이는 예시적인 것일뿐, 조영제의 종류가 iodine으로 제한되는 것은 아니다. 일 실시예에서, 관심 영역에 주입되는 조영제는 Gadolinium일 수 있다. 조영제가 iodine인 경우, iodine은 제2 에너지 대역(E2)에 포함되는 약 33keV에서 감쇠 계수가 급격하게 변경되는 k-edge를 갖는다. 즉, iodine은 약 33keV의 k-edge 에너지(Ek)를 갖는다. 또한, 조영제가 Gadolinium인 경우, 30.2keV에서 감쇠 계수가 급격하게 변경되는 k-edge 에너지(Ek)를 갖는다. 일 실시예에서, 제2 에너지 대역(E2)은 30keV 내지 50keV 범위일 수 있다. 그러나, 제2 에너지 대역(E2)의 범위가 상기 예시적인 범위로 한정되지 않는다.
본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)에 포함되는 X선 디텍터(도 1의 120, 도 2 및 도 5의 220)는 복수의 서로 다른 에너지 대역을 갖는 X선을 검출하는 포톤 카운팅 디텍터(Photon Counting Detector, PCD)일 수 있다. 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 포톤 카운팅 디텍터를 이용하여 대상체 내의 관심 영역을 투과하는 서로 다른 에너지 대역을 갖는 X선을 검출하고, 검출한 X선을 통해 복수의 X선 프로젝션 이미지를 획득할 수 있다.
컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 복수의 X선 프로젝션 이미지 중 관심 영역에 주입된 조영제의 감쇠 계수가 급격히 증가하는 에너지 대역, 즉 k-edge에 해당되는 에너지를 갖는 X선을 통해 생성된 X선 프로젝션 이미지를 이용하여 진단용 컴퓨터 단층 영상의 촬영 개시 시점을 결정할 수 있다. 일 실시예에서, 대상체 내의 관심 영역에 iodine 조영제를 주입하는 경우, 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 iodine의 k-edge 에너지(Ek)인 33keV를 포함하는 제2 에너지 대역을 갖는 X선을 통해 제2 X선 프로젝션 이미지를 획득할 수 있다. 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 대상체에 조영제를 주입하기 전에 획득한 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산하여 기준값으로 설정하고, 조영제를 주입한 이후 획득한 제2 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산하여, 복수의 시점에 대하여 합산된 값과 기준값의 차이를 계산할 수 있다. 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 합산된 값과 기준값의 차이가 기설정된 임계치를 초과하는 시점에 진단용 컴퓨터 단층 영상의 촬영을 개시하도록 결정할 수 있다.
조영제의 감쇠 계수가 높으면 높을수록 조영제로 인한 감약 정도가 높아져서 컴퓨터 단층 영상에서의 관심 영역, 즉 혈관 부분의 픽셀 값이 높아질 수 있다. 즉, 컴퓨터 단층 영상에서 혈관 부분이 하얗게 표시되어, 상대적으로 검거나 회색으로 표시되는 뼈 또는 물 등과의 대비 효과가 극대화될 수 있다. 컴퓨터 단층 영상에서 조영제로 인한 대비 효과를 극대화하기 위해서는 조영제의 감쇠 계수가 최대로 증가하는 에너지 대역(E2)에서 컴퓨터 단층 촬영을 하여야 한다. 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)는 포톤 카운팅 디텍터를 이용하여 서로 다른 복수의 에너지 대역을 갖는 X선을 검출하고, 조영제의 감쇠 계수가 최대로 증가하는 에너지 대역(E2)에서 획득한 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 이용하여 진단용 컴퓨터 단층 영상의 촬영 시점을 결정하는바, 조영제로 인한 대비 효과가 극대화된 고품질의 컴퓨터 단층 영상을 획득할 수 있다.
도 7a는 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치(700)의 구성 요소를 도시한 블록도이다. 도 7b는 도 7a에 도시된 컴퓨터 단층 촬영 장치(700)가 대상체(1)에 서로 다른 관전압으로 X선을 조사하여 컴퓨터 단층 영상을 촬영하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 7c는 도 7a에 도시된 컴퓨터 단층 촬영 장치(700)가 조사하고, 대상체를 투과하여 검출된 X선의 광자 개수를 에너지 대역에 따라 도시한 그래프이다.
도 7a를 참조하면, 컴퓨터 단층 촬영 장치(700)는 제1 X선 소스(711), 제2 X선 소스(712), 제1 X선 디텍터(721), 제2 X선 디텍터(722), 데이터 획득부(730), 및 프로세서(740)를 포함할 수 있다. 도 7a에 도시된 컴퓨터 단층 촬영 장치(700)는 복수의 X선 소스(711, 712) 및 복수의 X선 디텍터(721, 722)를 포함하는바, 도 2에 도시된 컴퓨터 단층 촬영 장치(200)와는 구성 상 차이가 있다. 그러나, 데이터 획득부(730) 및 프로세서(740)는 도 2에 도시된 데이터 획득부(230) 및 프로세서(240)와 각각 동일한 구성 요소일 수 있다. 따라서, 도 2에서 설명한 내용과 중복되는 내용에 관한 설명은 생략하기로 한다.
복수의 X선 소스(711, 712)는 서로 다른 관전압(kilovoltage peak, kVp)으로 대상체에 X선을 조사할 수 있다. 예를 들어, 제1 X선 소스(711)는 80kVp으로 X선을 조사하고, 제2 X선 소스(712)는 140kVp로 X선을 조사할 수 있다. 도 7b를 함께 참조하면, 제1 X선 소스(711)는 대상체(1)에 대하여 제1 위치에서 80kVp의 관전압으로 X선을 조사하고, 제2 X선 소스(712)는 대상체(1)에 대하여 제2 위치에서 140kVp의 관전압으로 X선을 조사할 수 있다.
복수의 X선 디텍터(721, 722)는 복수의 X선 소스(711, 712)로부터 조사되고, 대상체를 투과한 X선을 각각 검출할 수 있다. 복수의 X선 디텍터(721, 722)는 서로 다른 에너지 대역을 갖는 X선을 검출할 수 있다. 도 7b를 함께 참조하면, 제1 X선 디텍터(721)는 제1 X선 소스(711)로부터 조사되고 대상체를 투과한 X선을 검출할 수 있다. 제2 X 선 디텍터(722)는 제2 X선 소스(712)로부터 조사되고 대상체를 투과한 X선을 검출할 수 있다. 제1 X선 디텍터(721)와 제2 X선 디텍터(722)가 검출한 X선의 광자 개수는 에너지 대역에 따라 서로 다를 수 있다. 이에 대해서는 도 7c를 참조하여 설명하기로 한다.
데이터 획득부(730)는 제1 X선 디텍터(721) 및 제2 X선 디텍터(722) 각각으로부터 검출된 X선을 통해 복수의 X선 프로젝션 이미지를 생성할 수 있다. 도 7c를 함께 참조하면, 제1 X선 소스(711)로부터 80kVp의 관전압으로 조사된 X선은 140kVp의 관전압으로 조사된 X선 보다 상대적으로 낮은 에너지 대역을 가질 수 있다. 데이터 획득부(730)는 낮은 에너지 대역인 제1 에너지 대역을 갖는 X선을 통해 제1 X선 프로젝션 이미지를 생성하고, 상대적으로 높은 에너지 대역인 제2 에너지 대역을 갖는 X선을 통해 제2 X선 프로젝션 이미지를 생성할 수 있다.
프로세서(740)는 제1 X선 프로젝션 이미지 및 제2 X선 프로젝션 이미지 중 대상체(1)에 주입된 조영제의 감쇠 정도가 최대인 에너지 대역, 즉 k-edge 에너지(Ek)에 해당되는 에너지를 갖는 X선을 검출하여 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값과 조영제가 주입되기 전에 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값의 차이를 측정할 수 있다. 예를 들어, 대상체(1)에 주입된 조영제가 iodine인 경우, iodine의 k-edge 에너지(Ek)는 약 33keV이므로, 프로세서(740)는 80kVp의 관전압으로 조사된 X선을 검출하여 획득한 제1 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산할 수 있다. 프로세서(740)는, 조영제가 대상체(1) 내에 주입되기 전에 데이터 획득부(730)가 생성한 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값의 합산하고, 이를 기준값으로 설정할 수 있다. 프로세서(740)는 대상체(1) 내에 조영제를 주입한 이후의 복수의 시점에서 획득된 제1 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산하고, 합산된 값과 기준값과의 차이를 복수의 시점 각각에 대하여 계산할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(740)는 복수의 시점에 대하여 계산된 차이값이 기설정된 임계치를 초과하는 시점을 측정하고, 측정된 시점에 진단용 컴퓨터 단층 영상의 촬영을 개시하도록 결정할 수 있다.
도 7a 내지 도 7c에 개시된 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치(700)는 복수의 X선 소스(711, 712)를 이용하여 서로 다른 관전압으로 X선을 조사하고, 복수의 X선 디텍터(721, 722)를 통해 서로 다른 에너지 대역을 갖는 X선을 검출하고, 검출된 X선을 통해 복수의 X선 프로젝션 이미지를 획득할 수 있다. 컴퓨터 단층 촬영 장치(700)는 복수의 X선 프로젝션 이미지 중 조영제의 k-edge 에너지(Ek)에 해당되는 에너지 대역을 갖는 X선을 통해 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 이용하여 진단용 컴퓨터 단층 영상의 촬영 시점을 결정할 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치(800-1, 800-2, 800-3)가 서로 다른 복수의 에너지 대역을 갖는 X선을 대상체에 조사하여 복수의 X선 프로젝션 이미지를 획득하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 8a를 참조하면, 컴퓨터 단층 촬영 장치(800-1)는 X선 소스(810)에 서로 다른 관전압을 인가하여 대상체(1)에 X선을 조사할 수 있다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(800-1)는 X선 소스(810)에 80kVp와 140kVp의 관전압을 인가하고, 80kVp로 대상체(1)에 X선을 조사하고, 140kVp로 대상체(1)에 X선을 조사할 수 있다. X선 디텍터(820)는 서로 다른 관전압을 통해 조사되고 대상체(1)를 투과한 X선을 검출할 수 있다. 일 실시예에서, X선 디텍터(820)는 서로 다른 에너지 대역을 갖는 X선을 검출할 수 있다.
컴퓨터 단층 촬영 장치(800-1)는 X선 디텍터(820)에서 검출된 서로 다른 에너지 대역을 갖는 X선 중 대상체(1)에 주입된 조영제의 감쇠 계수의 변화량이 최대가 되는 에너지 대역, 즉 k-edge에 해당되는 에너지를 갖는 X선을 검출하여 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 획득할 수 있다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(800-1)는 획득한 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산하고, 조영제 주입 전에 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값과의 차이를 통해 진단용 컴퓨터 단층 영상의 촬영 개시 시점을 결정할 수 있다.
도 8b를 참조하면, 컴퓨터 단층 촬영 장치(800-2)는 X선 소스(830) 및 X선 디텍터(840)를 포함할 수 있다. X선 디텍터(840)는 제1 X선 디텍터(841) 및 제2 X선 디텍터(842)를 포함할 수 있다.
제1 X선 디텍터(841)와 제2 X선 디텍터(842)는 각각 서로 다른 에너지 대역을 갖는 X선을 검출할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 X선 디텍터(841)는 제2 X선 디텍터(842) 보다 작은 에너지 대역을 갖는 X선을 검출할 수 있다.
컴퓨터 단층 촬영 장치(800-2)는 제1 X선 디텍터(841) 및 제2 X선 디텍터(842) 각각으로부터 검출된 X선을 통해 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 획득할 수 있다. 컴퓨터 단층 촬영 장치(800-2)는 제1 X선 디텍터(841) 및 제2 X선 디텍터(842)에서 검출된 X선 중 대상체(1)에 주입된 조영제의 k-edge에 해당되는 에너지를 갖는 X선을 검출한 X선 디텍터로부터 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 획득할 수 있다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(800-2)는 획득한 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산하고, 조영제 주입 전에 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값과의 차이를 통해 진단용 컴퓨터 단층 영상의 촬영 개시 시점을 결정할 수 있다.
도 8c를 참조하면, 컴퓨터 단층 촬영 장치(800-3)는 복수의 X선 소스(851, 852)를 포함할 수 있다. 제1 X선 소스(851) 및 제2 X선 소스(852)는 서로 다른 관전압으로 대상체(1)에 X선을 조사할 수 있다. 제1 X선 소스(851) 및 제2 X선 소스(852)는 갠트리 내의 회전 프레임 상에서 회전할 수 있다. 제1 X선 소스(851) 및 제2 X선 소스(852)는 회전 프레임 상에서 회전하면서 교차적으로 대상체(1)에 X선을 조사할 수 있다.
컴퓨터 단층 촬영 장치(800-3)는 제1 X선 소스(851)와 제2 X선 소스(852)로부터 조사되고 대상체(1)를 투과한 서로 다른 에너지 대역을 갖는 X선을 검출할 수 있다. 컴퓨터 단층 촬영 장치(800-3)는 서로 다른 에너지 대역을 갖는 X선을 이용하여 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 획득할 수 있다.
일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(800-3)는 제1 X선 소스(851)로부터 조사된 X선을 검출하여 적어도 하나의 제1 X선 프로젝션 이미지를 획득하고, 제2 X선 소스(852)로부터 조사된 X선을 검출하여 적어도 하나의 제2 X선 프로젝션 이미지를 획득할 수 있다. 컴퓨터 단층 촬영 장치(800-3)는 적어도 하나의 제1 X선 프로젝션 이미지 및 적어도 하나의 제2 X선 프로젝션 이미지 중 대상체(1)에 주입된 조영제의 k-edge에 해당되는 에너지를 갖는 X선을 통해 생성된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 통해 진단용 컴퓨터 단층 영상의 촬영 개시 시점을 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치(800-3)는 조영제의 k-edge에 해당되는 에너지를 갖는 X선을 통해 생성된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 복수의 시점에 따라 합산하고, 합산된 값과 조영제 주입 전에 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값의 차를 측정하고, 측정된 차이값이 기설정된 임계치를 초과하는 시점에 진단용 컴퓨터 단층 영상의 촬영 개시 시점을 결정할 수 있다.
일반적으로, 컴퓨터 단층 영상의 촬영에서 사용되는 조영제는 iodine인데, iodine의 k-edge 에너지(Ek)는 33keV이다. 따라서, 컴퓨터 단층 촬영 시 서로 다른 복수의 에너지 대역을 갖는 X선 중 33keV가 포함된 에너지 대역에서의 X선을 검출하고, 검출된 X선을 통해 X선 프로젝션 이미지를 생성하면 대상체(1) 내의 관심 영역을 제외한 뼈, 피부, 물 등과 관심 영역인 혈관의 대비 효과가 극대화될 수 있다.
도 8a 내지 도 8c에 도시된 실시예들에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치(800-1 내지 800-3)는 공통적으로, 서로 다른 에너지 대역을 갖는 X선을 검출하고, 검출된 X선 중 대상체(1)에 주입된 조영제의 감쇠 계수가 급격히 증가하는 에너지 대역, 예컨대 조영제가 iodine인 경우 33keV에 해당되는 에너지를 갖는 X선을 통해 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 이용하여 진단용 컴퓨터 단층 영상의 촬영 개시 시점을 결정할 수 있다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치가 대상체에 관한 X선 프로젝션 이미지에서 조영제 프로젝션 이미지를 분리하고, 분리된 조영제 프로젝션 이미지를 이용하여 진단용 컴퓨터 단층 촬영의 개시 여부를 결정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
단계 S910에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 대상체에 관한 스카우트 이미지(Scout image) 상에 관심 영역을 설정한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 관심 영역을 포함하는 대상체의 소정 영역 상에 X선을 조사하고, 대상체를 투과한 X선을 검출하여 스카우트 이미지를 촬영할 수 있다. 여기서, 스카우트 이미지는 관심 영역을 포함하는 촬영 대상 영역에 X선 소스와 X선 디텍터를 위치시키기 위하여 촬영하는 영상일 수 있다.
단계 S920에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 관심 영역에 X선을 조사하고, 관심 영역을 투과하는 X선을 검출하여 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지(X-ray projection image)를 획득한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 대상체를 중심으로 하는 적어도 하나의 각도 위치에서 X선 소스를 통해 X선을 조사하고, 대상체를 투과한 X선을 X선 디텍터를 이용하여 검출하고, 검출된 X선을 이용하여 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 생성할 수 있다.
단계 S930에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산하여 기준값으로 설정한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 대상체에 조영제를 주입하기 전에, 대상체를 중심으로 하는 적어도 하나의 각도 위치에서 X선 소스를 통해 X선을 조사하고, 대상체를 투과한 X선을 X선 디텍터를 이용하여 검출할 수 있다.
컴퓨터 단층 촬영 장치는 조영제를 주입하기 전에 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 모두 합산하여 기준값으로 설정할 수 있다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 조영제를 주입하기 전에 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지 중 특정 각도 위치에서 X선 소스를 통해 대상체에 X선을 조사하고, 특정 각도 위치에서 대상체를 투과하여 검출된 X선을 통해 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값만을 합산하여 기준값으로 설정할 수도 있다.
단계 S940에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 관심 영역에 조영제를 주입한 이후 획득한 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지에서 조영제 프로젝션 이미지를 분리한다. 여기서, 조영제 프로젝션 이미지는 조영제가 주입된 대상체 내의 관심 영역만을 투과하여 검출된 X선을 통해 생성된 프로젝션 이미지를 의미할 수 있다.
일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 관심 영역에 조영제를 주입한 이후의 복수의 시점에서 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지에서 조영제 프로젝션 이미지만을 각각 분리할 수 있다. 예를 들어, 경동맥(carotid artery)를 관찰하기 위하여 경동맥을 포함하는 혈관에 조영제를 주입하여 환자의 목 부분에 관한 컴퓨터 단층 영상을 촬영하는 경우, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 목 부분에 X선을 조사하여 획득한 X선 프로젝션 이미지로부터 경동맥에 관한 X선 프로젝션 이미지인 조영제 프로젝션 이미지를 분리할 수 있다.
단계 S950에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 조영제 프로젝션 이미지의 픽셀 합산값과 기준값의 차를 계산한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 관심 영역에 조영제를 주입한 이후의 복수의 시점에서 분리된 조영제 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 복수의 시점에 대하여 각각 합산할 수 있다. 또한, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 픽셀의 합산 값과 기준값의 차이를 복수의 시점 각각에 대하여 계산할 수 있다.
예를 들어, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 제1 시점(t1)에서의 조영제 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산하고, 합산된 제1 픽셀 값과 기준값의 차를 계산할 수 있다. 또한, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 제2 시점(t2)에서의 조영제 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산하고, 합산된 제2 픽셀 값과 기준값의 차를 계산할 수 있다. 마찬가지로, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 제n 시점(tn)에서의 조영제 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 모두 합산하고, 제n 시점에서 합산된 제n 픽셀 값과 기준값의 차를 계산할 수 있다.
단계 S960에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 계산된 차이값과 기설정된 임계값을 비교한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 복수의 시점에서 각각 계산된 차이값이 기설정된 임계값을 초과하는지를 추적할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 제1 시점(t1)에서 계산된 조영제 프로젝션 이미지의 픽셀 값의 합산 값, 즉 제1 픽셀 값과 기준값의 차가 임계값을 초과하는지를 제1 시점(t1)에 대하여 판단하고, 제2 시점(t2)에서 계산된 조영제 프로젝션 이미지의 픽셀 값의 합, 즉 제2 픽셀 값과 기준값의 차가 임계값을 초과하는지 여부를 제2 시점(t2)에서 판단할 수 있다.
계산된 차이값이 임계값을 초과하지 않는 경우(No), 컴퓨터 단층 촬영 장치는 제3 시점(t3)에서 조영제 프로젝션 이미지를 분리하고, 제3 시점(t3)에서의 조영제 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산하여 제3 픽셀 값을 계산하는 단계(S940)로 돌아간다. 컴퓨터 단층 촬영 장치는 계산된 차이값이 임계값을 초과하는 시점이 도달할 때까지 복수의 시점에서 조영제 프로젝션 이미지를 분리하고, 조영제 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산한 값과 기준값의 차이를 계산하며, 계산된 차이값과 임계값을 비교할 수 있다.
계산된 차이값이 임계값을 초과하는 경우(Yes), 컴퓨터 단층 촬영 장치는 진단용 컴퓨터 단층 영상의 촬영을 개시하도록 결정한다(단계 S970). 단계 S970에서, 진단용 컴퓨터 단층 영상은 X선 소스를 대상체를 중심으로 360° 회전시켜 X선을 조사하고, X선 디텍터를 통해 대상체를 투과한 X선을 검출하여 획득한 사이노그램을 복원하여 생성된 영상일 수 있다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치가 X선 프로젝션 이미지의 노이즈(noise)를 감소시키기 위하여 X선 프로젝션 이미지 내의 픽셀을 비닝(binning)하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 10을 참조하면, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 대상체의 관심 영역에 대한 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 중 인접하여 배치된 기설정된 개수의 픽셀들(1001 내지 1004)의 픽셀 값을 변경할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 X선 프로젝션 이미지의 일부 픽셀(P)에 포함된 4개의 픽셀들(1001 내지 1004)의 픽셀 값의 평균 값을 계산하고, 4개의 픽셀들(1001 내지 1004)의 픽셀 값을 모두 계산된 평균 값으로 대체할 수 있다.
도 1에서 설명한 바와 같이, 대상체(1)를 중심으로 하는 회전 프레임 상에서 360°가 아닌 일부 각도 위치(θ1, θ2, θ3, …)에서만 X선을 조사하여 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 생성하는 경우, 360° 풀 사이노그램(sinogram)의 경우와 비교하여 상대적으로 노이즈(noise)가 많이 발생된다. 도 10에 도시된 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치는 인접하여 배치된 기설정된 개수의 픽셀들(1001 내지 1004)의 픽셀 값의 평균을 계산하고, 픽셀들(1001 내지 1004)의 픽셀 값을 계산된 평균 값으로 대체하는바, X선 프로젝션 이미지의 노이즈를 저감시킬 수 있다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치를 이용하여 대상체의 스카우트 이미지 상에 관심 영역(ROI)를 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 12는 컴퓨터 단층 촬영 장치가 대상체에 대한 진단용 컴퓨터 단층 영상을 촬영하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 12의 단계 S1210을 참조하면, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 대상체에 관한 스카우트 이미지 상에 제1 관심 영역(제1 ROI)을 설정한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 대상체의 촬영 대상 영역, 예를 들어 환자의 목, 가슴, 머리 등을 포함하는 소정 영역 상에 X선을 조사하고, 대상체를 투과한 X선을 검출하여 스카우트 이미지를 촬영할 수 있다. 이 경우, 스카우트 이미지는 환자에 대한 촬영 대상 영역에 X선 소스와 X선 디텍터를 위치시키기 위하여 촬영하는 영상일 수 있다.
단계 S1220에서, 제1 관심 영역에 관한 제1 사이노그램을 획득하고, 제1 사이노그램을 복원하여 CT 이미지를 생성한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 대상체를 중심으로 하는 회전 프레임 상에서 X선 소스를 360° 회전시키고, X선 소스를 이용하여 제1 관심 영역에 X선을 조사할 수 있다. 컴퓨터 단층 촬영 장치는 제1 관심 영역을 투과한 X선을 X선 디텍터를 이용하여 검출하여 360° 각도 위치에 대응되는 복수의 X선 프로젝션 이미지들의 집합인 제1 사이노그램(sinogram)을 획득할 수 있다. 이후, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 제1 사이노그램을 여과 역-투사(Filtered Back-Projection, FBP) 알고리즘 등을 사용하여 CT 이미지로 복원할 수 있다.
단계 S1230에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 CT 이미지 상에서 조영제를 주입할 대상 영역을 포함하는 소정 영역에 제2 관심 영역(제2 ROI)을 설정한다. 도 11을 함께 참조하면, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 CT 이미지(1100) 상에 제2 관심 영역(1100R)을 설정할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 단층 촬영 장치가 환자의 목 부분을 컴퓨터 단층 촬영하는 경우, 조영제가 주입될 혈관(1101, 1102) 부분을 특정하는 사용자 입력을 수신하지 않고, 혈관(1101, 1102) 부분을 포함하는 상대적으로 넓은 영역에 제2 관심 영역(1100R)을 설정할 수 있다. 도 11 및 도 12에서 설명하는 컴퓨터 단층 촬영 장치를 사용하는 사용자는, 환자의 혈관에 조영제를 주입하고 컴퓨터 단층 촬영을 하는 경우, CT 이미지(1100) 상에서 혈관 부분(1101, 1102)을 일일이 특정하지 않아도 무방하다. 이로 인하여 사용자 편의성이 향상될 수 있다.
단계 S1240에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 제2 관심 영역(도 11의 1100R 참조)에 X선을 조사하고, 제2 관심 영역(1100R)을 투과하는 X선을 검출하여 제2 사이노그램을 획득한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 제2 관심 영역(1100R)에 대하여 360° 각도 위치에서 X선 소스를 통해 X선을 조사하고, 대상체의 제2 관심 영역(1100R)을 투과하는 X선을 검출하여 복수의 X선 프로젝션 이미지들의 집합인 제2 사이노그램을 획득할 수 있다.
단계 S1250에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 제2 사이노그램을 복원하여 조영제 CT 이미지를 생성한다.
단계 S1260에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 조영제 CT 이미지의 HU(Hounsfield Unit) 값을 측정한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 제2 관심 영역, 예컨대 혈관에 조영제가 주입된 이후의 시점에서 사이노그램을 획득하고, 획득된 사이노그램을 복원하여 조영제 CT 이미지를 생성할 수 있다. 컴퓨터 단층 촬영 장치는 조영제 CT 이미지의 HU 값을 측정할 수 있다.
단계 S1270에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 측정된 HU값과 기설정된 임계값을 비교한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 제1 내지 제n CT 이미지의 HU 값을 복수의 시점(t1, t2, …, tn)에 대하여 각각 임계값과 비교할 수 있다. 비교한 결과, HU값이 임계치를 초과하지 않는다면(No), 컴퓨터 단층 촬영 장치는 다시 제2 관심 영역에 X선을 조사하고, 제2 관심 영역을 투과하는 X선을 검출하여 제2 사이노그램을 생성하고(단계 S1240), 조영제 CT 이미지를 생성하며(단계 S1250), 조영제 CT 이미지의 HU값을 측정한다(단계 S1260).
일 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 제2 관심 영역에 조영제가 주입된 이후의 복수의 시점에 있어서 단계 S1240 내지 S1270을 반복할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 제2 관심 영역에 조영제가 주입된 이후의 제1 시점(t1)에 제2 관심 영역에 대한 사이노그램을 획득하고, 획득된 사이노그램을 복원하여 제1 조영제 CT 이미지를 생성할 수 있다. 컴퓨터 단층 촬영 장치는 제1 조영제 CT 이미지의 HU값을 기설정된 임계값과 비교하고(단계 S1270), 제1 조영제 CT 이미지의 HU값이 임계값 보다 작은 경우(No) 다시 단계 S1240으로 돌아가서 제2 시점(t2)에 제2 조영제 CT 이미지를 생성할 수 있다. 제k 시점(tk)에서의 제k CT 이미지의 HU값이 임계값을 초과하는 경우(Yes), 컴퓨터 단층 촬영 장치는 진단용 CT 촬영의 개시를 결정한다(단계 S1280).
종래의 볼러스 추적(bolus tracking) 방법은 예비 촬영 이미지(Pre-scan image) 상에 관심 영역을 설정함에 있어서, 조영제를 주입하여 관찰할 대상인 경동맥(Carotid Artery) 등을 직접 선택해야 하는 불편함이 있었다. 종래의 경우, 경동맥 등 혈관 부위를 관심 영역으로 정확하게 설정하지 않는 경우 다시 촬영해야 하는 문제점이 있었다.
도 11 및 도 12에서 설명한 실시예에서, 컴퓨터 단층 촬영 장치는 포톤 카운팅 디텍터(Photon Counting Detector)를 이용하여 서로 다른 복수의 에너지 대역을 갖는 X선을 검출하고, 검출된 X선 중 조영제로 인한 감약 정도가 극대화되는 에너지 영역에 대한 X선 프로젝션 이미지를 복원하여 CT 이미지를 생성하는바, 관심 영역을 설정함에 있어서 혈관 부분(1101, 1102, 도 11 참조)을 직접적으로 설정할 필요가 없다. 즉, 도 11 및 도 12에서의 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치는 관찰하고자 하는 혈관 부분(1101, 1102) 뿐만 아니라 혈관(1101, 1102)의 주변부까지도 포함하는 상대적으로 넓은 범위의 제2 관심 영역(1100R)을 설정하는바, 사용자 편의성을 향상시킬 수 있다. 또한, 잘못된 관심 영역 설정으로 인한 재촬영을 방지할 수 있고, 이로 인하여 환자의 피폭 선량도 감소시킬 수 있다.
도 13은 개시된 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 시스템(1300)의 구조를 나타낸 도면이다.
개시된 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 시스템(1300)은 갠트리(1310), 테이블(1305), 제어부(1330), 저장부(1340), 영상 처리부(1350), 입력부(1360), 디스플레이부(1370), 및 통신부(1380)를 포함할 수 있다.
갠트리(1310)는 회전 프레임(1311), X선 생성부(1312), X선 검출부(1313), 회전 구동부(1314), 및 리드아웃부(1315)를 포함할 수 있다.
회전 프레임(1311)은 회전 구동부(1314)로부터 구동 신호를 수신하여, 회전축(RA)을 중심으로 회전할 수 있다.
산란 방지 그리드(1316)는 대상체와 X선 검출부(1313) 사이에 배치되어, 주 방사선은 대부분 투과시키고, 산란 방사선은 감쇠시킬 수 있다. 대상체는 테이블(1305) 상에 배치되고, 테이블(1305)은 CT 촬영을 수행하는 동안 이동되거나, 기울어지거나(tilting), 회전(rotating)할 수 있다.
X선 생성부(1312)는 고전압 생성부(HVG, high voltage generator)로부터 전압, 전류를 인가 받아 X선을 생성하고 방출한다.
X선 생성부(1312)는 X선 생성부(1312) 및 X선 검출부(1313)가 각각 한 개씩 구비되는 단일 소스 방식, 각각 두 개씩 구비되는 듀얼 소스 방식 등으로 구현될 수 있다.
X선 검출부(1313)는 대상체를 통과한 방사선을 검출한다. X선 검출부(1313)는 예를 들면, 신틸레이터(Scintillator), 포톤 카운팅 디텍터(photon counting detector) 등을 이용하여 방사선을 검출할 수 있다.
X선 생성부(1312)와 X선 검출부(1313)의 구동 방식은 대상체에 대한 스캔 방식에 따라 달라질 수 있다. 상기 스캔 방식은 X선 검출부(1313)의 이동 경로에 따라 축상(axial) 스캔 방식, 나선형(helical) 스캔 방식 등을 포함한다. 또한 상기 스캔 방식은 X선이 조사되는 시간 구간에 따라 프로스펙티브(prospective) 모드, 레트로스펙티브(retrospective) 모드 등을 포함한다.
제어부(1330)는 컴퓨터 단층 촬영 시스템(1300)의 각각의 구성요소들의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(1330)는 소정의 기능을 수행하기 위한 프로그램 코드 또는 데이터를 저장하는 메모리, 프로그램 코드 및 데이터를 처리하는 프로세서를 포함할 수 있다. 제어부(1330)는 하나 이상의 메모리 및 하나 이상의 프로세서의 다양한 조합으로 구현 가능하다. 프로세서는 컴퓨터 단층 촬영 시스템(1300)의 동작 상태에 따라 프로그램 모듈을 생성하고 삭제할 수 있으며, 프로그램 모듈의 동작들을 처리할 수 있다.
리드아웃부(1315)는 X선 검출부(1313)에서 생성된 검출 신호를 입력 받아, 영상 처리부(1350)로 출력한다. 리드아웃부(1315)는 데이터 획득 회로(Data Acquisition System, 1315-1) 및 데이터 송신부(1315-2)를 포함할 수 있다. DAS(1315-1)는 적어도 하나의 증폭 회로를 이용하여, X선 검출부(1313)로부터 출력된 신호를 증폭하여, 데이터 송신부(1315-2)로 출력한다. 데이터 송신부(1315-2)는 멀티플렉서(MUX) 등의 회로를 이용하여, DAS(1315-1)에서 증폭된 신호를 영상 처리부(1350)로 출력한다. 슬라이스 두께(slice thickness)나 슬라이스 개수에 따라 X선 검출부(1313)로부터 수집된 일부 데이터만이 영상 처리부(150)로 제공되거나, 영상 처리부(1350)가 일부 데이터만을 선택할 수 있다.
영상 처리부(1350)는 리드아웃부(1315)로부터 획득된 신호(예컨대, 가공 전 순수(pure) 데이터)로부터 단층 데이터를 획득한다. 영상 처리부(1350)는 획득된 신호에 대한 전처리, 단층 데이터로의 변환 처리, 상기 단층 데이터에 대한 후처리 등을 수행할 수 있다. 영상 처리부(1350)는 본 개시에서 예시된 처리들 중 일부 또는 전부를 수행하며, 실시예에 따라 영상 처리부(1350)에서 수행되는 처리의 종류 및 순서는 달라질 수 있다.
영상 처리부(1350)는 리드아웃부(1315)로부터 획득된 신호에 대해, 채널들 사이의 감도 불균일 정정 처리, 신호 세기의 급격한 감소 정정 처리, X선 흡수재로 인한 신호의 유실 정정 처리 등의 전처리를 수행할 수 있다.
영상 처리부(1350)는 실시예들에 따라, 단층 영상으로의 재구성 처리 중 일부 또는 전부를 수행하여 상기 단층 데이터를 생성한다. 실시예에 따라, 상기 단층 데이터는 역투영(back-projection)된 데이터, 또는 단층 영상 등의 형태를 가질 수 있다. 실시예들에 따라, 단층 데이터에 대한 추가적인 처리가 서버, 의료 장치, 휴대용 장치 등의 외부 장치에 의해 수행될 수 있다.
로 데이터는 대상체를 통과한 X선 세기에 상응하는 데이터 값의 집합으로서, 프로젝션 데이터(projection data) 또는 사이노그램(sinogram)을 포함할 수 있다. 역투영된 데이터는, X선이 방사된 각도 정보를 이용하여 상기 로 데이터를 역투영한 데이터이다. 단층 영상은 상기 로 데이터를 역투영하는 단계를 포함하는 재구성 영상기법들을 적용하여 획득된 영상이다.
저장부(1340)는 제어 관련 데이터, 영상 데이터 등을 저장하는 저장매체로서, 휘발성 또는 비휘발성 저장매체를 포함할 수 있다.
입력부(1360)는 사용자로부터 제어 신호, 데이터 등을 수신한다. 디스플레이부(1370)는 컴퓨터 단층 촬영 시스템(1300)의 동작 상태를 나타내는 정보, 의료 정보, 의료 영상 데이터 등을 표시할 수 있다.
컴퓨터 단층 촬영 시스템(1300)은 통신부(1380)를 포함하며, 통신부(1380)를 통해 외부 장치(예를 들면, 서버, 의료 장치, 휴대 장치(스마트폰, 태블릿 PC, 웨어러블 기기 등)와 연결할 수 있다.
통신부(1380)는 외부 장치와 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있으며, 예를 들어 근거리 통신 모듈, 유선 통신 모듈 및 무선 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
통신부(1380)가 외부 장치로부터 제어 신호 및 데이터를 수신하고, 수신된 제어 신호를 제어부(1330)에 전달하여 제어부(1330)로 하여금 수신된 제어 신호에 따라 컴퓨터 단층 촬영 시스템(1300)을 제어하도록 하는 것도 가능하다.
또는, 제어부(1330)가 통신부(1380)를 통해 외부 장치에 제어 신호를 송신함으로써, 외부 장치를 제어부의 제어 신호에 따라 제어하는 것도 가능하다.
예를 들어 외부 장치는 통신부를 통해 수신된 제어부의 제어 신호에 따라 외부 장치의 데이터를 처리할 수 있다.
외부 장치에는 컴퓨터 단층 촬영 시스템(1300)을 제어할 수 있는 프로그램이 설치될 수 있는바, 이 프로그램은 제어부(1330)의 동작의 일부 또는 전부를 수행하는 명령어를 포함할 수 있다.
프로그램은 외부 장치에 미리 설치될 수도 있고, 외부장치의 사용자가 어플리케이션을 제공하는 서버로부터 프로그램을 다운로드하여 설치하는 것도 가능하다. 어플리케이션을 제공하는 서버에는 해당 프로그램이 저장된 기록매체가 포함될 수 있다.
한편, 개시된 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어 및 데이터를 저장하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체의 형태로 구현될 수 있다. 상기 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 소정의 프로그램 모듈을 생성하여 소정의 동작을 수행할 수 있다. 또한, 상기 명령어는 프로세서에 의해 실행되었을 때, 개시된 실시예들의 소정의 동작들을 수행할 수 있다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
Claims (21)
- 대상체에 조영제를 주입하여 컴퓨터 단층 촬영하는 방법에 있어서,
상기 대상체에 관한 스카우트 이미지(Scout image) 상에서 관심 영역(Region of Interest, ROI)을 설정하는 단계;
상기 관심 영역에 X선을 조사하고, 상기 관심 영역을 투과하는 X선을 검출하여 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지(X-ray projection image)를 획득하는 단계;
상기 관심 영역에 조영제를 주입하기 전에 획득한 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지와 상기 관심 영역에 조영제를 주입하고 난 이후에 획득한 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값의 차를 측정하는 단계; 및
측정된 상기 픽셀 값의 차를 기설정된 임계치와 비교하여 진단용 컴퓨터 단층 촬영의 개시 여부를 결정하는 단계;
를 포함하는, 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 관심 영역을 포함하는 상기 대상체의 소정 영역에 대하여 X선을 조사하여 상기 스카우트 이미지를 획득하는 단계; 를 더 포함하는, 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 획득하는 단계는,
X선 소스를 통해 상기 관심 영역에 대한 적어도 하나의 각도 위치에서 X선을 조사하는 단계; 및
X선 디텍터를 통해, 상기 적어도 하나의 각도 위치에서 조사되고 상기 관심 영역을 투과하는 X선을 검출하여 상기 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 획득하는 단계;
를 포함하는, 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 픽셀 값의 차를 측정하는 단계는,
상기 조영제를 상기 관심 영역에 주입하기 전에 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산한 값을 기준값으로 설정하는 단계;
상기 조영제를 상기 관심 영역에 주입한 이후 복수의 시점에서 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 복수의 시점 각각에 따라 합산한 값과 상기 기준값의 차를 계산하는 단계; 및
상기 복수의 시점 중 계산된 차이값이 기설정된 임계치를 초과하는 시점을 결정하는 단계;
를 포함하고,
상기 진단용 컴퓨터 단층 촬영 개시 여부를 결정하는 단계는 상기 결정된 시점에서 상기 대상체를 검사하기 위한 진단용 컴퓨터 단층 촬영을 개시하도록 결정하는, 방법.
- 제4 항에 있어서,
상기 기준값을 설정하는 단계는, 상기 조영제를 상기 관심 영역에 주입하기 전에 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지 중 제1 각도 위치에서 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값의 합산을 상기 기준값으로 설정하고,
상기 차를 계산하는 단계는, 상기 조영제를 상기 관심 영역에 주입한 이후의 복수의 시점에서 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지 중 상기 제1 각도 위치에서 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 상기 복수의 시점 각각에 대하여 합산하고, 합산된 값과 상기 기준값의 차를 계산하는, 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 획득하는 단계는, 복수의 에너지 대역을 갖는 X선을 검출하는 포톤 카운팅 디텍터(Photon Counting Detector, PCD)를 이용하여 상기 관심 영역을 투과하는 X선을 검출하는, 방법.
- 제6 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 획득하는 단계는, 상기 포톤 카운팅 디텍터를 이용하여 상기 복수의 에너지 대역 중 제1 에너지 대역에 해당되는 에너지를 갖는 X선을 검출하고, 검출된 X선을 통해 상기 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 획득하는, 방법.
- 제6 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 획득하는 단계는, 상기 복수의 에너지 대역 중 상기 조영제의 감쇠 계수(attenuation coefficient)가 급격히 증가하는 에너지 대역인 k-edge에 해당되는 에너지를 갖는 X선을 검출하고, 검출된 X선을 통해 상기 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 획득하는, 방법.
- 제6 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 획득하는 단계는,
서로 다른 관전압을 갖는 복수의 X선 소스를 통해 X선을 조사하는 단계; 및
복수의 X선 디텍터를 통해, 상기 관심 영역을 투과한 상기 X선을 검출하여 서로 다른 복수의 에너지 대역에 대응되는 복수의 X선 프로젝션 이미지를 획득하는 단계;
를 포함하고,
상기 픽셀 값의 차를 측정하는 단계는, 상기 조영제를 상기 관심 영역에 주입하기 전에 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산한 기준 값과 상기 복수의 X선 프로젝션 이미지 중 상기 조영제의 감쇠 계수의 변화 정도가 최대인 에너지 대역에 해당되는 에너지를 갖는 X선을 검출하여 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산한 값의 차이를 측정하는, 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지에서 상기 조영제만을 투과한 X선을 검출하여 생성된 조영제 프로젝션 이미지를 분리하는 단계; 를 더 포함하고,
상기 픽셀 값의 차를 측정하는 단계는,
상기 조영제를 상기 관심 영역에 주입하기 전에 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산한 값을 기준값으로 설정하는 단계; 및
상기 조영제 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산한 값과 상기 기준값의 차를 계산하는 단계; 를 포함하는, 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 중 인접하여 배치된 기설정된 개수의 픽셀들 각각의 픽셀 값의 평균을 계산하고, 상기 기설정된 개수의 픽셀들의 픽셀 값을 계산된 평균값으로 대체하는 단계;
를 더 포함하는, 방법.
- 컴퓨터 단층 촬영 장치에 있어서,
대상체를 중심으로 하는 적어도 하나의 각도 위치에서 상기 대상체의 관심 영역(ROI)에 X선을 조사하는 X선 소스;
상기 적어도 하나의 각도 위치에서 상기 관심 영역을 투과한 X선을 검출하는 X선 디텍터;
상기 X선 디텍터를 통해 검출된 X선을 통해 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지(X-ray projection image)를 획득하는 데이터 획득부; 및
상기 대상체에 관한 스카우트 이미지 상에 상기 관심 영역을 설정하고, 상기 관심 영역에 조영제를 주입하기 전에 획득한 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지와 상기 관심 영역에 조영제를 주입하고 난 이후에 획득한 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값의 차를 측정하고, 측정된 상기 픽셀 값의 차를 기설정된 임계치와 비교하여 진단용 컴퓨터 단층 촬영의 개시 여부를 결정하는 프로세서;
를 포함하는, 장치.
- 제12 항에 있어서,
상기 X선 소스는, 상기 관심 영역을 포함하는 상기 대상체의 소정 영역에 대하여 X선을 조사하고, 상기 X선 디텍터는 상기 대상체의 소정 영역을 투과한 X선을 검출하며, 상기 프로세서는 상기 투과된 X선을 이용하여 상기 스카우트 이미지를 생성하는, 장치.
- 제12 항에 있어서,
상기 프로세서는, 상기 조영제를 상기 관심 영역에 주입하기 전에 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산한 값을 기준값으로 설정하고, 상기 조영제를 상기 관심 영역에 주입한 이후 복수의 시점에서 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 복수의 시점 각각에 따라 합산한 값과 상기 기준값의 차를 계산하고, 상기 복수의 시점 중 계산된 차이값이 기설정된 임계치를 초과하는 시점에 상기 대상체를 검사하기 위한 진단용 컴퓨터 단층 촬영을 개시하도록 결정하는, 장치.
- 제14 항에 있어서,
상기 프로세서는, 상기 조영제를 상기 관심 영역에 주입하기 전에 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지 중 제1 각도 위치에서 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값의 합산을 상기 기준값으로 설정하고, 상기 조영제를 상기 관심 영역에 주입한 이후의 복수의 시점에서 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지 중 상기 제1 각도 위치에서 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 상기 복수의 시점 각각에 대하여 합산하고, 합산된 값과 상기 기준값의 차를 계산하는, 장치.
- 제12 항에 있어서,
상기 X선 디텍터는, 복수의 에너지 대역을 갖는 X선을 검출하는 포톤 카운팅 디텍터(Photon Counting Detector, PCD)인, 장치.
- 제16 항에 있어서,
상기 X선 디텍터는 상기 복수의 에너지 대역 중 제1 에너지 대역에 해당되는 에너지를 갖는 X선을 검출하고,
상기 데이터 획득부는 상기 X선 디텍터를 통해 검출된 X선을 통해 상기 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 획득하는, 장치.
- 제16 항에 있어서,
상기 X선 디텍터는 상기 복수의 에너지 대역 중 상기 조영제의 감쇠 계수(attenuation coefficient)가 급격히 증가하는 에너지 대역인 k-edge에 해당되는 에너지를 갖는 X선을 검출하고,
상기 데이터 획득부는 상기 X선 디텍터를 통해 검출된 X선을 통해 상기 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지를 획득하는, 장치.
- 제16 항에 있어서,
상기 X선 소스는, 서로 다른 관전압으로 X선을 조사하는 복수의 X선 소스로 구성되고,
상기 X선 디텍터는, 상기 복수의 X선 소스에서 각각 조사되어 상기 관심 영역을 투과한 X선을 검출하는 복수의 X선 디텍터로 구성되고,
상기 데이터 획득부는 상기 복수의 X선 디텍터를 통해 검출된 X선을 이용하여 복수의 에너지 대역에 각각 대응되는 복수의 X선 프로젝션 이미지를 획득하고,
상기 프로세서는 상기 복수의 X선 프로젝션 이미지 중 상기 조영제의 감쇠 정도가 최대인 에너지 대역에 해당되는 에너지를 갖는 X선을 검출하여 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값과 상기 조영제가 상기 관심 영역에 주입되기 전에 획득된 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값의 차이를 측정하는, 장치.
- 제12 항에 있어서,
상기 프로세서는, 상기 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지에서 상기 조영제만을 투과하여 검출된 X선만을 포함하는 조영제 프로젝션 이미지를 분리하고, 상기 조영제를 상기 관심 영역에 주입하기 전에 획득된 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산한 값을 기준값으로 설정하고, 상기 조영제 프로젝션 이미지의 픽셀 값을 합산한 값과 상기 기준값의 차를 계산하는, 장치.
- 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 있어서,
상기 저장 매체는,
대상체에 관한 스카우트 이미지(Scout image) 상에서 관심 영역(Region of Interest, ROI)을 설정하는 단계;
상기 관심 영역에 X선을 조사하고, 상기 관심 영역을 투과하는 X선을 검출하여 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지(X-ray projection image)를 획득하는 단계;
상기 관심 영역에 조영제를 주입하기 전에 획득한 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지와 상기 관심 영역에 조영제를 주입하고 난 이후에 획득한 적어도 하나의 X선 프로젝션 이미지의 픽셀 값의 차를 측정하는 단계; 및
측정된 상기 픽셀 값의 차를 기설정된 임계치와 비교하여 진단용 컴퓨터 단층 촬영의 개시 여부를 결정하는 단계;
를 수행하는 명령어들을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
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