KR20090057463A

KR20090057463A - Ｃ―아암 컴퓨터 ｘ선 단층 촬영 시스템

Info

Publication number: KR20090057463A
Application number: KR1020097008409A
Authority: KR
Inventors: 요셉 러브너; 일라이 제하비; 레오니도 클레이맨; 모세 소함
Original assignee: 메이저 서기컬 테크놀로지스 엘티디.
Priority date: 2006-09-25
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2009-06-05
Anticipated expiration: 2027-09-25
Also published as: KR101525259B1; CN103961130B; US9044190B2; WO2008038283A3; EP2074383A2; JP5609112B2; WO2008038283A2; EP2074383A4; JP2010520770A; CN103961130A; US20100284601A1; EP2074383B1

Abstract

종래의 C-아암 X선 형광 투시경에서 CT-타입 3차원 촬상 정보를 생성하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 이로써 CT-타입 정보를 제공하도록 폭넓게 사용되는 C-아암을 채용할 수 있게 된다. 상기 시스템은 환자에 대해 고정된 위치에 배치된 3차원 타깃을 사용하며, C-아암이 수동으로 또는 스캔 모터에 의해 이동하는 중에 환자의 관심 영역의 비디오 영상들의 시퀀스를 얻는다. 타깃의 영상 패턴들의 분석에 의해 환자에 대한 C-아암의 포즈를 결정하도록 비디오 시퀀스에서의 영상들이 분석된다. 소정 기준에 따라 비디오 시퀀스에서 영상들이 선택된다. 연관된 위치 데이터와 2차원 영상 데이터의 세트가 얻어지며, 환자의 관심 영역의 영상 데이터의 3차원 체적 세트를 재구성하도록 이용된다.

Description

Ｃ―아암 컴퓨터 Ｘ선 단층 촬영 시스템{C―ARM COMPUTERIZED TOMOGRAPHY SYSTEM}

본 발명은, 특히 종래의 C-아암 X선 형광 투시경 영상 시스템을 사용하여 생성되는 바와 같은, CT-촬상의 분야에 관한 것이다.

컴퓨터 X선 단층 촬영(CT)은 일반적으로, 헬스 케어 환경 내에 제한적인 수들로서 설비되고, 그의 사이즈 및 중량 때문에, 헬스 케어 시설 내에 전용으로 제공된 위치들에서 발견되는 고가의 장비인, 전용 CT 시스템을 이용하여 실행된다. 수술 중의 촬상을 위해 쓰일 수 있도록, 수술실 내에 배치된 CT 시스템을 발견하는 것은 매우 드문 일이다. 한편, X선 형광 투시경 촬상 시스템의 C-아암 타입은 병원들 및 진료소들에서 많이 발견되는, 상당히 저비용의 장비로서, 일반적으로 치료 지점 또는 수술실에서 환자에게로 이동될 수 있도록 충분한 이동성을 가진다. 다수의 종래 기술의 공보들이 통상의 C-아암 시스템에 의해 제공되는 2차원 촬상 데이터를 이용하여, 3차원, CT-타입, 촬상 정보를 제공하는 시스템들을 설명하고 있다. 이러한 시스템들은 전용 CT 시스템의 비용 중 일부만으로 시스템을 이용하여 CT-타입 정보를 제공할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 이러한 시스템은 상업적으로도 입수할 수 있고, X선 형광 투시경 영상들을 생성하도록 C-아암 동작 중 소정의 점증 하는 위치들에서 정지하는, 제어된 방식으로 C-아암을 느리게 회전시키도록 모터를 이용하는 것으로 나타나 있다.

이러한 하나의 C-아암을 기초로 한 CT 시스템이 EP 0917855호로서 공개된, "C-아암을 이용한 컴퓨터 X선 단층 촬영을 행할 수 있는 X-레이 포토그래핑 장치 및 방법"에 대한 유럽 특허 출원에 기재되어 있다. 상기 출원은, 이 시스템의 목표들 및 장점들의 일부 개념적 요소들을 설명하고 있지만, 세부 사항들을 가능하게 하는 본질적 요소를 포함하고 있지 않다. 이러한 다른 시스템들은 "3-D 재구성을 위한 C-아암 보정 방법"에 대해 엔. 나밥에게 허여된 미국 특허 제6,049,582호, "향상된 X-레이 촬상 시스템 및 방법"에 대해 제이.더블류.에버하드 등에게 허여된 미국 특허 제7,142,633호, 및 "여러 가지 라인들과 결합된 숏-스캔 서클에 대한 알고리즘을 이용하여 CT 영상을 재구성하는 방법"에 대한 지. 로리츠 등의 미국 특허 출원 제2006/0182216호에 기재되어 있다. 또한, 케이. 위센트 등의 미국 특허 제6,038,282호에서는 X-레이 C-아암 촬상 시스템에서, 위치 좌표 및 물리적 초점 및 검출 위치들을 계산하지 않고 복셀-구동 후방 투사를 생성하기 위한 방법 및 장치를 기재하고 있다. 또한, 케이. 위센트 등의 미국 특허 제5,706,324호에서는 스캔 중에 촬상되고, 영상의 기하학을 결정할 수 있는, 특수 마크들을 CT 시스템에서 사용하기 위한 방법 및 장치를 설명하고 있다.

브이.티.젠센에게 허여된 "X선 형광 투시경 촬상 시스템을 이용하여 컴퓨터화된 X선 단층 촬영 영상들을 얻고 디스플레이하기 위한 방법 및 장치"에 대한 미국 특허 제6,666,579호에서는, 진단 목적 및 조정 과정을 위해 CT-타입 정보를 제 공하는 C-아암 시스템에 대해 기재하고 있다. 상기 시스템은 환자의 X선 형광 투시경 영상들을 얻기 위한 리셉터 및 X-레이 소스를 가진 C-아암을 포함한다. 상기 C-아암은 영상 획득 경로를 통해 이동하며 그 경로를 따라 적어도 제1 및 제2 영상들이 얻어진다. 획득 모듈은 상기 영상 획득 경로를 따라 원하는 위치들에서 다수의 2-D X선 형광 투시경 영상들을 얻으며 영상 처리기는 상기 2-D X선 형광 투시경 영상들을 기초로 하여 대상물 데이터의 3-D 체적을 구성한다. 환자 정보는 환자 정보의 3-D 체적을 기초로 하여 디스플레이된다. 상기 리셉터, 환자 및 (필요한 경우) 의료 기구의 위치를 추적하도록 위치 트랙킹 시스템이 포함된다. 상기 위치 정보는 노출이 얻어지는 시간을 제어하고 환자 정보와 디스플레이 상의 도구 그래픽 정보(포함된 경우)를 포개어 놓게 되도록 이용된다.

그러나, 이 시스템은, 통상의 C-아암 X선 형광 투시경 이미저에서 일반적으로 발견되지 않는, 특히, 소스, 환자, 검출기 및 만약 존재한다면 수술 도구의 위치들을 정하도록 요구되는 트랙킹 시스템 등의, 다수의 추가의 액세서리 부품들을 포함하는, 전용 시스템으로 되어 있다. CT 시스템보다는 상당히 비용이 저렴하지만, 이 시스템은 새로운 장비의 자본 지출, 또는 작동을 위해 필요한 다른 특징들의 설치에 의해 현존하는 C-아암 X선 형광 투시경을 수정하는 비용을 포함하게 된다.

따라서, 현존하는 C-아암 X선 형광 투시경 촬상 시스템의 출력들로부터, 간단한 소프트웨어 루틴들에 의해, 현존하는 C-아암 X선 형광 투시경의 구조를 변화시키거나 또는 추가하지 않고, CT-타입 정보를 얻으며, 이로써 종래 기술의 시스템 들 및 방법들의 단점들 중 적어도 일부를 극복하게 되는, 시스템에 대한 필요성이 있다.

이 부분 및 본 명세서의 다른 부분들에서 언급된 공보들 각각의 내용들은, 각각 그의 전체적으로, 본 명세서에 참조되어 포함되어 있다.

본 발명은 2차원 영상들을 제공하는 종래의 C-아암 X선 형광 투시경 촬상 시스템에서 3차원 CT-타입 정보를 생성하기 위한 새로운 시스템 및 방법을 제공하고자 한다. 이는 CT-타입 정보를 제공하도록 널리 사용되는 C-아암 설비들을 채용할 수 있도록 한다. 상기 시스템은 종래의 C-아암 시스템상에 일반적으로 나타나는 특징들을 새로운 방식으로 이용하며, C-아암 시스템의 구조에 어떠한 변화 또는 추가도 포함하지 않게 됨으로써, 본 발명은, 가장 간단한 타입이더라도, 현존하는 C-아암 설비들을 이용하여 행해질 수 있다.

상기 시스템은 환자에 대해 고정된 위치에 배치된 3차원 타깃을 이용하며, C-아암이, 수동으로 또는 모터에 의해, 제공된 상기한 시스템들에 대해서, 환자 주위에서 이동하는 중에 환자의 관심 영역의 비디오 영상들의 시퀀스를 얻는다. 상기 관심 영역이 비디오 시퀀스, 또는 적어도 상기 비디오 시퀀스의 프레임들의 대부분에 나타나는 한, 환자의 상대 위치 또는 C-아암의 중심에 관한 어떠한 제한들도 제공되지 않는다.

영상들 각각은 타깃의 영상 패턴들의 분석에 의해 환자에 대한 C-아암의 포즈를 결정하도록 분석된다. 그 후, 후술하는 기준에 따라 영상들이 선택되어, 환자의 관심 영역의 촬상된 데이터를 제공하게 된다. 이와 다르게 그리고 바람직하게는, 상기 비디오 시퀀스에서의 다수의 프레임들, 또는 인터레이스된 비디오의 경우의 다수의 필드들이 타깃의 영상 패턴들의 분석에 의해 환자에 대한 C-아암의 포즈를 결정하도록 선택되어 분석된다. 이 방법들에 따르면, 관련 위치 데이터를 가진 일련의 2차원 영상 데이터가 얻어지며, 환자의 관심 영역의 영상 데이터의 3차원 체적 세트를 재구성하도록 이용된다.

상기 시스템은 바람직하게 이하의 특징들 중 하나 이상을 이용한다 :

(a) C-아암 촬상 시스템에서 얻어진 비디오 데이터는 2차원 X-레이 영상들의 시퀀스를 제공하도록 이용되며 상기 영상들로부터 데이터 처리 소프트웨어가 3차원 CT 정보를 생성한다. 촬상된 데이터의 비디오 표현은 통상 종래 기술의 C-아암들 상에서 가능하지만, 의사가 촬상된 관심 영역의 다이내믹한 시각적 관찰을 행할 수 있도록, 그의 사용은 일반적으로 제한된다. 종래의 C-아암들은 통상적으로, PAL 및 NTSC 등의 표준 포맷들을 이용하여, 아날로그 비디오 시퀀스들로서 상기 비디오를 출력한다. 본 발명의 바람직한 실시예들에 따르면, 연속적인 비디오 촬상의 이용은, C-아암이 모든 영상을 얻도록 정지될 필요가 없기 때문에, 종래 기술의 C-아암촬상 시스템들에서 보다 상당히 빠르게 데이터 획득 과정을 행할 수 있게 한다. 연속적인 비디오의 사용은 동작 흐림을 발생시키고, (아날로그 비디오가 사용될 때의 인터레이싱 등의) 다른 동작들을 포함하기 때문에, "작동 중에" 상기한 연속적인 영상 획득을 가능하게 하도록, 디블러링(debluring) 기술들을 포함하는, 영상 처리 알고리즘들이 이용된다. 비디오 데이터를 이용하는 다른 장점은, 재구성을 위해 사용 가능한, 다수의 영상들을 입수할 수 있는 것이다.

(b) C-아암의 동작은 내장형 동작 시스템, 또는 균일할 필요가 없는, 간단한 수동 이동에 의해 실행될 수 있다.

(c) 환자에 대한 C-아암의 포즈는 X선 형광 투시경 영상들 상에서 볼 수 있는, X-레이 불투과 마커 포인트들의 3차원 어레이를 포함하는, 3차원 타깃의 사용에 의해 결정된다. 상기 타깃은 환자 상에 또는 그에 근접한 위치에 배치되며, 이로써 타깃의 영상의 적어도 일부가 X선 형광 투시경 영상들에서 보여진다. 상기 타깃은 환자 또는 환자가 고정되어 있는 작동 테이블 또는 베드에 고정되어야 하며, 이로써 환자에 대한 그의 절대적 위치는 알려질 필요는 없지만, 환자에 대한 그의 위치는 변하지 않게 된다. 상기 타깃 영상 정보는, 임의의 시점에서 C-아암의 각도 및 전이 위치를 결정하기 위한, 목적으로 사용되는 종래의 알고리즘을 이용하여 처리됨으로써, 상기 시스템 소프트웨어는 각 프레임의 촬상된 데이터 내의 환자의 위치 및 방향을 결정할 수 있게 된다. 상기 타깃은 포즈 평가의 정확도, 속도, 및 강력함을 증가시키도록 다이내믹 모델을 이용하여 비디오 시퀀스를 따라 추적된다.

(d) 상기 다이내믹 모델은 연속적인 프레임들에서 얻어진 영상 데이터를 비교함으로써, 연속적인 프레임들에서 타깃 플레이트의 예상 위치를 예견하도록 이용될 수 있고, 이로써 실제의 타깃 영상이 더 신속하게 얻어지고 따라서 포즈도 더 신속하게 결정된다. 또한, 상기 다이내믹 모델은 보이지 않거나 또는 정상이 아닌 디테일들에 대해 영상 데이터로 되도록 수정할 수 있게 하며, 이로써 영상 데이터가 개선될 수 있다. 또한, 상기 다이내믹 모델의 사용에 의해 디워핑(dewarping) 펑션(function)을 더 효율적으로 실행되도록 할 수 있다. 디워핑은 영상들의 뒤틀림을 수정하도록 실행되는 보정 절차이다. 이는 소정 위치들을 가진 마커 볼들과 팬텀(phanrom)을 영상 인텐시파이어(intensifier)에 부착하고, 상기 볼들의 영상에서 뒤틀림을 제거하도록 디워핑 펑션을 해결함에 의해 성취된다. 초기의 한번의 완전한 계산에 대해 신뢰할 수 있고, 연속적인 프레임들에 대한 인자들이 디워핑 팬텀 영상에서의 변화에 따라 업데이트되므로, 모든 프레임에 대해 완전한 디워핑 계산을 실행할 필요는 없다. 또한, 상기 다이내믹 모델은, 열화된 특징들을 가진 흠이 있거나 또는 수정되는 영상들을, 그들의 품질에 따라 사용하기 위해 영상들을 선택하도록 이용될 수 있다.

(e) 상기 시스템 소프트웨어에 의해 획득된 비디오 프레임들의 시퀀스에서의 출력 데이터는, 구성될 관심 영역의 3차원 영상들을 가능하게 하는, CT-타입 데이터를 생성하도록 재구성 엔진에 의해 처리된다.

상기한 수단에 의해, 획득된 2차원 영상 데이터를 처리하도록 여기에서 설명된 바람직한 방법들 및 알고리즘들을 이용하여, 종래의 C-아암 X선 형광 투시경으로부터, 그 시스템에 대한 어떠한 물리적 개조들을 필요로 하지 않고, CT-타입 3차원 데이터를 얻을 수 있다.

본 발명이 현존하는 C-아암 시스템과 함께 사용하기에 적합한 것으로 설명되었지만, 이는 그의 특별한 장점인 것이고, 본 발명은 본 명세서에서 설명된 방법들 및 부품들을 이용하도록 구성되는 전용 C-아암 시스템도 커버하는 것임을 이해하기 바란다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 :

(i) X-레이 소스,

(ii) 가동 C-아암에 의해 상기 소스에 연결되는 X-레이 카메라로서, 상기 소스 및 카메라 사이에 배치된 환자의 관심 영역의 비디오 영상들의 시퀀스를 생성하는 X-레이 카메라,

(iii) 3차원 패턴의 X-레이 불투과 마커들의 어레이를 포함하는 타깃으로서, 비디오 영상들의 시퀀스의 적어도 일부에 상기 타깃의 적어도 일부가 촬상되도록 환자에 대해 고정된 위치에 배치되는 타깃,

(iv) 상기 타깃의 영상 패턴들을 분석함에 의해, 상기 비디오 영상들의 적어도 일부에 대해 환자에 대한 상기 C-아암의 포즈를 결정하는 영상 처리 유닛, 및

(v) 선택된 비디오 영상들 및 그들의 결정된 포즈들로부터, 환자의 상기 관심 영역의 촬상 데이터의 3차원 체적 세트를 계산하기 위한 재구성 엔진을 포함하는 촬상 장치가 제공된다.

상기한 시스템에서, 상기 영상 처리 유닛은, 임의의 비디오 영상들의 선택 전에, 상기 비디오 영상들의 모두에 대해 환자에 대한 상기 C-아암의 포즈를 결정하거나, 또는 상기 비디오 영상들의 선택된 것들에 대해서만 환자에 대한 상기 C-아암의 포즈를 결정할 수 있다. 상기 비디오 영상들은 각각 비디오 프레임이거나, 또는 상기 비디오 영상들의 적어도 일부는 아날로그 비디오 프레임의 인터레이스된 필드들이다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 영상 처리 유닛은 상기 C-아암의 동작의 영향을 감소시키기 위한 영상 디블러링 모듈을 포함한다. 상기한 시스템들 중 어느 하나에서, 상기 C-아암은 수동으로 또는 모터 구동되어 이동되도록 되어 있다. 또한, 상기 타깃은 환자에 부착되거나 또는 OP 베드 등의, 환자가 누워있는 플랫폼에 부착된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 영상 처리 유닛은, 상기 선택된 영상에 선행하는 적어도 일부의 영상들의 분석에 의해 선택된 비디오 영상의 특징들을 예상하는, 영상 시퀀스 비교 모듈을 포함한다. 상기 예상된 특징들은 상기 타깃의 영상 패턴들의 예상되는 위치들이며, 이로써 상기 선택된 영상과 관련된 포즈의 계산이 상기 선택된 영상의 전체에 걸쳐 상기 타깃의 영상 패턴들에 대해 탐색할 필요없이 실행될 수 있다. 이와 다르게 그리고 바람직하게, 상기 예상된 특징들은 상기 선택된 비디오 영상에서 없어진 기대되는 특징들이다. 또한, 상기 영상 시퀀스 비교 모듈은, 상기 선택된 영상에 선행하는 적어도 일부의 영상들과 관련된 포즈의 디워핑 펑션을 분석함에 의해, 상기 선택된 비디오 영상과 관련된 포즈에 대한 디워핑 펑션을 예상하게 된다.

또한, 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면 :

(i) C-아암에 의해 연결된 카메라 및 소스를 가지며, 상기 소스 및 카메라 사이에 배치된 환자의 관심 영역을 촬상하는 X-레이 촬상 시스템을 제공하는 단계,

(ii) 환자에 대해 고정된 위치에, 3차원 패턴으로 배치된 일련의 X-레이 불투과 마커들을 가지며, 그의 적어도 일부가 상기 촬상 시스템에 의해 촬상되는 타깃을 배치하는 단계,

(iii) 상기 C-아암에 동작 경로를 적용하는 단계,

(iv) 상기 C-아암이 동작 경로를 실행하는 중에 환자의 상기 관심 영역의 비디오 영상들의 시퀀스를 상기 카메라로부터 얻는 단계,

(v) 상기 타깃의 영상 패턴들을 분석함에 의해 상기 비디오 영상들의 시퀀스의 적어도 일부에 대해 환자에 대한 상기 C-아암의 포즈를 결정하는 단계,

(vi) 상기 비디오 시퀀스에서 다수의 영상들을 선택하는 단계, 및

(vii) 환자의 상기 관심 영역의 촬상 데이터의 3차원 체적 세트를 재구성하도록 상기 선택된 비디오 영상들 및 그들의 결정된 포즈들을 이용하는 단계를 포함하는, 촬상 데이터의 체적 세트를 생성하는 방법이 제공된다.

상기한 방법에서, 환자에 대한 상기 C-아암의 포즈는, 임의의 비디오 영상들의 선택 전에, 상기 비디오 영상들의 모두에 대해 결정되거나 또는 상기 비디오 영상들의 선택된 것들에 대해서만 결정될 수 있다. 상기 비디오 영상들 각각은 비디오 프레임이거나 또는 상기 비디오 영상들 중 적어도 일부는 아날로그 비디오 프레임의 인터레이스된 필드들이다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 방법은 C-아암의 동작의 영향을 감소시키기 위한 영상 디블러링 모듈에서 상기 영상들을 처리하는 단계를 더 포함한다. 상기한 방법들 중 어느 하나에서, 상기 C-아암에 대해 동작 경로를 적용하는 단계는 수동으로 또는 모터에 의해 실행된다. 또한, 상기 타깃은 환자, 또는 OR 베드 등의, 환자가 누워있는 플랫폼에 부착된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기한 방법은, 상기 선택된 영상에 선행하는 적어도 일부의 영상들의 분석에 의해 선택된 비디오 영상의 특징들을 예상하는, 영상 시퀀스 비교 모듈에서 상기 영상들을 처리하는 단계를 더 포함한다. 상기 예상된 특징들이 상기 타깃의 영상 패턴들의 예상되는 위치들이며, 이로써 상기 선택된 영상과 관련된 포즈의 계산이 상기 선택된 영상의 전체에 걸쳐 상기 타깃의 영상 패턴들에 대해 탐색할 필요없이 실행될 수 있다. 이와 다르게 그리고 바람직하게, 상기 예상된 특징들은 상기 선택된 비디오 영상에서 없어진 기대되는 특징들이다. 또한, 상기 영상 시퀀스 비교 모듈은, 상기 선택된 영상에 선행하는 적어도 일부의 영상들과 관련된 포즈의 디워핑 펑션의 분석에 의해, 상기 선택된 비디오 영상과 관련된 포즈에 대한 디워핑 펑션을 예상하게 된다.

본 발명은 도면들과 연관되는, 이하의 상세한 설명으로부터 더 완전하게 이해될 것이다.

도1은 3차원 CT-타입 정보를 생성할 수 있는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성되어 작동하는 C-아암 시스템을 개략적으로 나타낸 사시도이다.

도2는 도1의 C-아암 시스템에서 사용되는 3차원 타깃 플레이트의 일례를 나타낸 사시도이다.

도3은 도1의 CT 시스템에 기초한 C-아암의 구성 부품들의 개략적인 블럭도이다.

도4는 C-아암을 기초로 한 CT 이미저가 그의 출력 영상들을 생성하도록 작동하는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 방법을 나타낸 개략적인 블럭도이다.

도5는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라 구성되어 작동하는 새로운 명암도 센서 또는 타깃의 개략적인 단면도이다.

도1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성되어 작동되는, C-아암 시스템을 개략적으로 나타내고 있으며, 구조적 변화를 필요로 하지 않고, C-아암의 현존하는 특징들을 이용하여 3차원 CT-타입 정보를 생성할 수 있다. C-아암(10)은 그의 턱들의 일 단부에 있는 X-레이 소스(12), 및 타단부에서, 베드(17) 상에 누워있는 환자(16)를 통해 X-레이들을 통과시킴에 의해 발생되는 2차원 흡수 영상을 검출하기 위한, 검출기 어레이(14)를 가진다. 상기 검출기 어레이는 바람직하게 비디오 카메라에 결합된 영상 인텐시파이어를 포함하여, 입사 광자들을 X-레이 흡수 그림자 영상들을 다이내믹하게 나타내는 영상 신호로 변환한다.

X-레이 불투과 마커 볼들을 포함하는 3차원 타깃(15)이 환자에 대해 고정된 위치에 배치됨으로써, 그의 영상, 또는 그중 적어도 일부를 시스템에 의해 발생되는 영상 신호들에 나타낸다. 상기 타깃은 환자가 누워있는 베드에 부착되거나, 또는 환자 자신에 부착 또는 배치될 수 있다. 상기 위치가 완전한 스캔 중에 고정되어 유지되는 한 실제 위치는 정의될 필요는 없다. 이러한 3차원 플레이트들은, 프로젝션 그리드의 사용에 의해 소스 위치를 결정하기 위한 타깃 플레이트들, 및 상기 검출기 어레이 상에 또는 그 근처에 배치될 때, 종래의 C-아암 시스템에서 디워핑 펑션을 실행하기 위한 팬텀들로서, 종래 기술에 알려져 있다. 본 발명에서는, 타깃 위치에 대해, 따라서 환자에 대해 결정될 획득된 X선 형광 투시경의 영상들의 3-D 포즈를 가능하게 하도록, 상기한 펑션이 사용된다. 상기 타깃, 또는 그의 적어도 일부는, 비디오 시퀀스(video sequence), 및 X-레이 불투과 마커 볼들의 알려진 3차원 배열로부터 얻어진 2차원 프레임들의 각각에서 확인될 수 있고, 환자에 대한 X-레이 소스의 포즈는 바람직하게 상기 비디오 시퀀스의 각 영상에 대해 결정될 수 있다. 실제로, 연산 시간을 절약하도록, 환자에 대한 촬상 시스템의 포즈는 결과적으로 3차원 CT-타입 데이터 세트의 재구성에 사용되는 영상들에 대해서만 결정된다. 이러한 타깃은 다수의 다른 형태들을 취할 수 있다. 이러한 타깃 플레이트의 개략적인 일례가 도2에 도시되어 있다. 상기 플레이트는 바람직하게, 두 개의 평면들 사이에서 알려진 기하학적 관계를 가진, 방사선 비투과성 (radio-opaque) 수탁형 마커 볼들(24)을 가지는 두 개의 분리된 평면들(22,23)을 포함한다.

상기 타깃 플레이트는 C-아암의 경로를 따라 취해진 영상 프레임들 모두에서 용이하게 볼 수 있어야 한다. 이는, 환자, 따라서 타깃이 일반적으로 C-아암의 회전 중심과 동심 위치로 배치되지 않기 때문에 어려운 일이고, 따라서 기록된 프레임들 모두에서 환자 및 타깃이 인-프레임 상태임을 확인하기가 어렵게 된다. 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 타깃 플레이트는 충분한 크기의 측면 치수를 가지며 이로써 모든 프레임이 포즈 평가를 위해 적어도 일부의 타깃을 보여주게 된다. 상기 비디오 시퀀스가, 타깃의 일부가 일 프레임에서 보이는 마커들의 위치를, 하나 전 또는 그보다 이전의 프레임들에서 타깃의 일부가 보이는 동일 마커들 중 적어도 일부, 또는 그 전의 프레임들에서 타깃의 더 큰 부분들이 보이는 동일 마커들 중 적어도 일부, 또는 심지어 그 전의 프레임들에서 전체 타깃이 보이는 동일 마커 들 중 적어도 일부와, 비교할 수 있기 때문에, 상기한 타깃의 일부분 만의 이용이 본 발명의 상기 실시예에 따라 가능하게 된다. 전에 캡쳐된 프레임들과의 이러한 연속적인 비교 과정은 임의의 시간에 포즈를 결정하도록 사용되는 타깃의 부분이 C-아암의 동작 과정 중에 타깃을 이동시킬 수 있음을 의미한다. 이와 다르게 그리고 바람직하게, 상기 타깃은 전체 타깃에 걸쳐 그 자체가 되풀이되는 패턴 형태, 또는 타깃 내의 각 영역의 위치가 알려지고, 또한 완전한 타깃에서 분리된 부분들도, 본 문단에서 전술한 위치 트랙킹 비교 외에도, 포즈를 정의하도록 독립적으로 작용할 수 있도록, 위치적으로 코드된 패턴을 이용하여 구성될 수 있다.

사용 시에, 상기 타깃 플레이트는 환자의 관심 영역에 대해, 환자에 직접 고정하거나 또는 환자가 고정된 베드 또는 작동 테이블에 고정함에 의해, 고정된 위치에 설정된다. 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 타깃은 환자 또는 베드의 임의의 부분 위로 걸쳐지지만, 일단 걸쳐지면, 촬상되는 환자에 대해 그의 위치를 유지할 수 있는, 세미-플렉서블(semi-flexible) 3차원 구성 표면의 형태로 될 수 있다.

상기 X-레이 소스는, 수동으로 C-아암을 이동시키거나 또는 내장된 구동 시스템을 이용하여, 관심 영역 위로 회전된다. 간단한 아치형 동작, 또는 환자의 관심 영역의 길이를 따른 연속적인 측면 동작과 원형 동작의 조합, 또는 관심 영역의 폭에 걸친 횡방향 동작, 또는 위그 왜그(Wig wag) 동작 등의, 임의의 바람직한 동작 경로가 이용될 수 있다. 상기 동작은 균일한 속도를 필요로 하지 않지만, 예컨대 임의의 원하는 속도 또는 편리한 속도로 변화될 수 있다. 궁극적으로 필요한 데 이터의 수집을 방해하지 않고 상기 동작은 임의 시점에서 일시적으로 정지될 수도 있다. 상기 소스가 관심 영역을 횡단하면, X-레이 소스 및 검출기 어레이 사이에 있는 신체 체적의 X-레이 그림자 영상들의 비디오 시퀀스가 얻어진다. 이 비디오 시퀀스의 프레임들 각각에 3차원 타깃, 또는 대면적 타깃이 사용되는 경우 적어도 그의 일부의 영상이 찍힌다. 연속적인 비디오에서 개별 영상들을 캡쳐하도록 프레임 그레버(grabber)가 사용된다. 처리 단계에서, 영상 처리 알고리즘이 비디오 시퀀스에서 개별 영상들을, 하나 이상의 인자들에 따른 속도로, 선택할 수 있다.

개별 영상들이 선택되어, 얼마나 종종 또는 얼마나 넓게 떨어져 있는 가를 결정하는 초기 인자들 중 일부는 :

(i) 필요한 해상도 또는 정확도가 높을수록, 영상들이 더욱 근접하게 분포되어 있어야 하므로, 요망되는 영상의 해상도 및 정확도;

(ii) 지나가는 속도가 느릴수록, 비디오 시퀀스에서 영상들을 선택하도록 작은 주파수가 필요하게 되고, 반면에, 지나가는 속도가 빠를수록, 더 많은 동작 흐림이 영상들에 존재하고 더 많은 전체 영상들이 필요하게 되므로, C-아암의 동작의 순간 속도;

(iii) 동작 경로에서의 편차. C-아암의 동작을 트랙킹함에 의해, 동작 경로에서 이탈하는 포즈를 가진 영상들을 아웃라이어로서 필터링할 수 있다. 또한, C-아암이 인접한 프레임들에서 보다 낮은 속도로 이동되는 프레임들이 동작 흐림을 감소시키도록 다시 선택된다.

(iv) 촬상될 영역이 클수록, 고해상도가 덜 필요하고, 따라서 영상들이 더 많이 떨어져 분포할 수 있으므로, 관심 영역의 전체 치수들을 포함한다.

C-아암의 속도는 기본적으로, 고속 스캔 속도에서도, 촬상 데이터의 적절한 공급을 보장하도록 충분한 프레임들이 있기 때문에, 해상도에 의해 제한되지 않는다. 예컨대, 30프레임/초에서 획득 시간이 20초라면, 600프레임들이 생성된다. 이러한 빠른 스캔들의 한가지 문제는 상기한 바와 같이, 프레임들이 흐릿할 수 있다는 점이다.

본 발명은 상기 제안된 바람직한 제한들에 의해 제한됨을 의미하는 것이 아니라, 선택된 영상들이 (공간 또는 각도 분리에 기초하여 선택된 영상들에 대해) 얼마나 자주 또는 얼마나 공간적으로 떨어져 있어야 하는 지를 결정하도록 임의의 다른 관련 인자가 사용될 수 있음을 이해하기 바란다.

또한, 상세하게 후술되는 바와 같이, 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른, 영상 획득 과정에 대한 다이내믹 모델의 사용에 의해, 선택 과정을 X-레이 형광 투시경에 의해 발생되는 영상들의 실제적인 품질에 따라 실시간으로 조정할 수 있다.

다음, 환자에 대한 X-레이 소스의 포즈를 결정한 후, 이 데이터와 각각의 선택된 프레임에서 얻어진 2차원 영상 데이터를 함께 이용하여, 3차원 정보 재구성 엔진으로 입력되는 데이터 세트를 발생시키도록, 3차원 타깃 플레이트의 영상들을 분석하기 위해 컴퓨터 비젼(3-D 영상 처리)이 실행된다. 상기 재구성 엔진은 각 영상에 대해 계산된 포즈와 함께 2차원 영상들의 선택된 세트들을 취하여, 3차원 체적 데이터 세트를 생성하며, 그로부터 임의의 원하는 뷰(view)에서 환자의 신체 부 분들을 나타내는 영상들이 의사에게 제공되도록 디스플레이될 수 있다. 상기 체적을 재구성하도록 사용되는 알고리즘들은, ART/SART 기술 등의, 알려져 있는 적절한 알고리즘들 중 임의의 것으로 될 수 있다.

따라서, 본 발명의 바람직한 작동 모드의 새로운 공헌들 중 하나는, 통상의 현존하는 C-아암 X-레이 형광 투시경 이미저(imager)에서 3차원 CT-타입 데이터를 생성하기 위해 3차원 타깃 플레이트 및 적절한 영상 데이터 처리 소프트웨어만이 필요하다는 점이다.

비디오 데이터로부터 영상들의 시퀀스를 제공하기 때문에 사용될 수 있는, C-아암 동작 트랙킹을 위한 상기한 다이내믹 시스템의 사용에 의해, 본 발명에 다수의 작동적인 장점들을 가져오게 된다. 첫째로, 상기 시스템의 이미지 처리 소프트웨어가, 전체 프레임에 걸친 타깃 플레이트 영상에 대해 탐색해야 하는 대신에, 이전의 프레임 히스토리의 지식을 기초로 하여, 일부 화소들 내에 알려질 수 있는, 예상 위치에서 타깃 플레이트 영상을 관찰하도록 설계될 수 있기 때문에, C-아암의 모든 선택된 영상의 위치에서 타깃 영상을 확인하도록 탐색할 필요가 없게 된다. 이로써 영상 분석 시간이 절약되기 때문에, 시스템 성능을 개선하게 된다. 타깃 위치의 이러한 예상은 개별 마커 볼들의 대략적인 위치를 예상하는 것까지도 연장됨으로써, 타깃 탐색 과정이 범세계적 최적(global optimum)에 가깝게 착수되므로, 더욱 신속하고 더욱 강력하게 된다.

유사하게, 상기 다이내믹 시스템 기술은, 모든 프레임에 대해 분리하여 디워핑 펑션을 계산하는 대신에, 사용된 첫번째 프레임에 대해서만 완전한 계산을 실행 한 후, 시스템에서 이용 가능한 다이내믹 정보를 이용하여 디워핑 인자들을 트랙하는 것으로 충분하기 때문에, C-아암 디워핑 과정을 간단화 할 수 있도록 한다. 이 방식으로, 다이내믹 모델을 이용하여 전 프레임들에서 디워핑 인자들을 예상하고 현재 프레임에 따라 약간 수정하면 된다. 이로써 디워핑 펑션의 더욱 능률적인 계산이 가능하게 되어 그 결과로 더욱 원활하고 정확하며 강력한 펑션으로 된다.

셋째로, 상기 다이내믹 시스템의 방법은, 일정한 C-아암의 위치들에 대해, 타깃 플레이트의 마커들 중 일부가, 환자의 뼈 구조가 그들을 흐릿하게 한 경우에 발생할 수 있는 바와 같이, 막히거나 또는 불분명하다면, 없어진 또는 불분명한 마커 위치들은, 불완전한 데이터를 포함하고 있는 전후 양자의, 인접한 프레임들에서 그들의 위치들에 관한 데이터로부터 보간(interpolate)될 수 있기 때문에, 상기 방법에 강력함을 더하게 된다.

또한, 프레임 선택이 프레임 데이터의 품질에 따라 결정될 수 있기 때문에, 영상들의 비디오 시퀀스의 획득에 의해 영상들의 정확도를 개선할 수 있다. 따라서, C-아암 동작에서, 예컨대 갑작스러운 점프 등에 의해 디테일이 표준 이하인 프레임들은 3차원 CT-타입 데이터의 재구성시에 사용이 회피될 수 있다. 또한, 연속적인 시퀀스가 실행될 확실한 디테일을 예측할 수 있게 하므로, 예컨대 불명료 또는 노이즈 영상으로 인해, 그러한 디테일이 사용된 프레임들 중 일부의 예상 위치에서 발견되지 않는 경우, 정상이 아닌 디테일을 나타내고 있는 프레임들은 아웃라이어로서 거절되거나, 또는 더 바람직하게, 그들의 품질, 및 요망되는 데이터 세트의 일부로서 사용되는 그들의 공헌도를 개선시키도록 신호 처리 소프트웨어에 의해 수정될 수 있다.

또한, 비디오 시퀀스는, 필요한 경우, 각 프레임에 대해 결정된 포즈의 정정을 허용한다. 의도적인 동작 브레이크에도 불구하고, C-아암의 동작은 연속적으로 가정되기 때문에, 적어도 짧은 시간 규모에서는, 각각의 연속 프레임의 포즈는 예견될 수 있고, 임의의 프레임 또는 프레임들에 대한 타깃 분석이 비정상 포즈를 나타내는 경우, 인접한 프레임들에서 결정된 포즈들의 보간으로부터 결정되는 바와 같은 추론된 정정 포즈가 잘못된 포즈를 정정하도록 사용될 수 있다.

또한, 상기 영상 처리 소프트웨어에 흐림 감소 방향성 필터 기술들을 사용하여 빠른 C-아암 동작에 대해 정정이 행해지도록 할 수 있다. 흐림 감소 필터링은 비디오 기술에 알려져 있는 것이지만, 본 발명에서 사용되는 다이내믹 모델링이 연속적인 프레임들 사이의 동작 방향 및 속도에 대한 좋은 정보를 제공하여, 흐림 감소 레벨을 감소시킬 수 있기 때문에, 본 발명에서 사용되는 기술은 표준 비디오 흐림 감소 루틴들에서 보다 더욱 성공적이다.

상기한 특징들 모두의 조합은, 비교적 적은 수의 방향들로부터만 불연속의 촬상이 실행되는, 종래 기술의 C-아암 CT-타입 시스템들보다 더 정확하게 비디오-베이스드 데이터 획득을 행할 수 있다.

현존하는 C-아암 X선 형광 투시경 시스템으로부터의 생 비디오 정보의 사용에서 발생되는 하나의 문제는 비디오가 일반적으로, TV 표준들과 호환 가능하고 TV 모니커들 상에 디스플레이되도록, 인터레이싱되어, 아날로그 비디오 표준들 중 하나로 출력된다는 것이다. 정상의 비디오 디스플레이를 위해 사용될 때, 이러한 인 터레이싱은 아무런 문제도 되지 않는다. 그러나, 본 발명에서는, 위치 데이터가 비디오 프레임들에서 추출되므로, 인터레이스된 프레임들의 홀수 및 짝수 필드들 사이에는, 그들이 C-아암 동작의 다른 포인트들에서 취해질 것이기 때문에, 상당한 차이가 생길 것이다. 따라서, 두 개의 인터레이스된 필드들 사이의 다른 포인트들에 나타나게 될 특징의 에지 뿐만 아니라, 타깃 분석에 의해 결정되는, 영상 자체의 위치도, 달라질 것이다. 사용 전에 프레임들을 디인터레이스하도록 될 수 있는, 이러한 문제의 하나의 해결책은 비디오 시퀀스에 의해 제공된다. 디인터레이싱은 일반적으로 영상의 품질을 열화시키므로, 다른 기술로서, 본 발명에 사용되는 비디오 처리 소프트웨어에서는, 각각이 마치 연속적인 것처럼, 인터레이스된 프레임들의 각 필드를 분리하여 처리하도록 하고 있다. 이 방식에 의해, 상기 필드의 포즈에 관한 위치 데이터가 각 필드에 대해 분리하여 정확하게 계산되며, 재구성 단계에서, 상기 필드의 관련된 라인들만이, 상기 필드의 3차원 포즈와 함께, 재구성을 위해 사용된다. 인터레이스된 그리고 비인터레이스된 비디오 형태들이 본 발명에서 사용될 수 있기 때문에, 본 출원에서 사용되며, 특허 청구되는 바의, 용어 프레임은, 특별하게 기술되지 않더라도, 인터레이스된 비디오의 필드들도 포함하도록 의도되며, 이로써 본 출원은 영상 데이터를 획득하기 위한 프레임들 또는 필드들 중 하나로 제한되도록 의도되지 않음을 이해하기 바란다.

이제 도3을 참조하면, C-아암을 베이스로 하는 CT 시스템의 영상 처리 모듈(30)의 주 기능 유닛들을 나타내는, 상기 시스템의 구성 부품들의 개략적인 블럭도가 도시되어 있다. 도3에 도시된 시스템은 영상 선택이 행해지기 전에 모든 프레 임 또는 필드의 포즈가 결정되는 바람직한 실시예이다. 일반적으로 영상 인텐시파이어 또는 평판 검출기인, 검출기 어레이(31)는 그의 출력 신호들을, 프레임(또는 필드)에서 타깃을 찾는, 포즈 결정 유닛(32)으로 전송하며, 내부의 마커 볼들의 위치로부터, 그 프레임에서의 환자에 대한 X-레이 소스의 포즈를 결정한다. 영상 처리 모듈(30)의 소프트웨어 내에서, 프레임 셀렉터(33)는 비디오 시퀀스로부터 프레임들을 선택하도록 작동한다. 프레임들은, 각도 포즈, 스캔 속도, 또는 임의의 다른 적절한 기준에 연관된, 상기한 임의의 기준에 따라 선택된다. 이 유닛이 "프레임 셀렉터"로서 설명되지만, 이 용어는 프레임의 분리된 필드들이 처리되는 실시예들에 있어서의 기능적 유닛을 포함하는 것으로 이해하기 바란다. 각각의 선택된 프레임들(또는 프레임의 필드들)에 대해, 프레임 셀렉터에 뒤이은 영상 처리 유닛(34)은 선택된 영상들만을- 통상 디워핑 및 표준화하여- 처리한다. 각각의 선택된 프레임에 대해 사전에 얻어진 포즈 정보와 함께, 선택된 프레임들에서 얻어진 2차원 영상 데이터를 이용하여, 상기 영상 처리 유닛(34)은 3차원 정보 재구성 엔진(35)으로 입력되는 데이터 세트를 생성한다. 또한, 상기 영상 처리 유닛(34)은, 선행의 영상 또는 영상들 및/또는 계속되는 영상 또는 영상들의 내용 분석에 의해 선택된 영상의 특징들을 예상하는, 영상 시퀀스 비교 모듈(도시 안됨)을 포함하여, 손실 특성의 영상 개선 작동, 및 디워핑 펑션 예상 작동을 실행할 수 있다. 또한, 상기 영상 처리 유닛(34)은 영상 데이터 상의 C-아암 동작의 영향을 감소시키도록, 영상 디블러링(debluring) 유닛을 포함한다. 상기 재구성 엔진(35)의 출력은 시스템 메모리(36)로 전송되어, 종래의 CT 촬상 기술에 알려진 바와 같이, 서브젝트 또 는 3차원 영상의 임의의 요망하는 영상 부분을 의사에게 디스플레이(37)하도록 철회될 수 있다. 또한, 재구성된 체적은, 예컨대 DICOM 포맷을 이용하여, 다른 처리 또는 분석을 위해 다른 장치들로 통과될 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예들에 따르면, 프레임 선택 전에 모든 프레임/필드에 대해 포즈 결정이 실행되지 않도록, 스캔의 위치가 아닌 베이시스에 따라 영상 선택이 실행될 수 있다. 이 실시예에서, 상기 실시예에 대해 조정된 그의 선택 기준을 가진, 도3의 프레임 셀렉터(33)가 포즈 결정 유닛(32) 전에 제공됨을 이해하기 바란다.

이제 도4를 참조하면, C-아암을 베이스로 하는 CT 이미저가 그의 출력 체적을 생성하도록 작동하는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방법의 개략적인 플로우챠트를 나타내고 있다. 상기 플로우챠트는 본 발명의 방법들에 특정한 바람직한 단계들만을 나타내고 있다. 모든 C-아암 촬상 과정들에서, 도4에 도시된 본 발명의 방법의 여러 가지 단계들을 행하기 전에, C-아암 및 취해진 명료한 영상에 디워핑 팬텀이 부착된다. 팬텀 볼들을 추적하여 영상을 디워핑 및 표준화하도록 보정 정보가 이용된다. 단계 40에서, 3차원 타깃이 촬상될 환자에 대해 제 위치에 고정된다. 그 후 단계 41에서 C-아암은 환자의 관심 영역 위의 소망하는 경로에서 이동하며, 그 시간 중에, 단계 42에서, 영상들의 비디오 시퀀스가 캡쳐된다. 단계 43에서, 영상 데이터 및 그의 관련 포즈를 얻도록, 프레임들이 도3의 신호 처리 유닛에서 처리된다. 영상들의 상기 시퀀스로부터, 단계 44에서 프레임들의 선택이 이루어진다. 프레임들은 그들의 각도 커버리지에 기초하여 가장 편리하게 선택되며, 예컨대, 프 레임의 선택은, 매번 1도 등의, 규칙적인 각도 간격으로 실행된다. 그러나, 프레임들은 상기한 기준에 따라 선택될 수도 있다. 단계 45에서, 현재 선택된 프레임 전의 프레임에서 결정된 디워핑 펑션은 현재 선택된 프레임의 팬텀 영상에서 얻어진 데이터를 이용하여 업데이트되며, 선택된 프레임들은 디워프되어 표준화된다. 이 데이터는 단계 46에서 시스템 메모리 유닛으로 통과되어, 축적된 2차원 데이터의 잔류 데이터와 함께 저장된다. 단계 47에서, CT 타입 정보를 출력하기에 유용한 체적 데이터 세트를 생성하기 위해 필요한 정량 및 품질의 데이터를 제공하도록 충분한 프레임들 및 그들의 포즈가 축적되었는지를 결정한다. 불충분한 데이터가 축적되었으면, 단계 44에서 더 많은 비디오 영상 프레임들을 선택하라는 결정이 행해진다. 충분한 데이터가 축적된 경우, 또는 C-아암이 그의 이동의 말기에 도달된 경우, 또는 작동자가 스캔의 끝을 신호한 경우, 상기 데이터는 재구성 엔진으로 통과되어, 단계 48에서 CT-타입 3차원 영상들을 출력하기에 적절한 체적 데이터 세트로 변환된다. 단계 48의 재구성 엔진에서 생성된 체적 데이터는 품질 및 충분도에 대해 분석되며, 필요하다면, 예컨대 양호한 재구성을 위한 특정 방향에서의 정보가 불충분하다면, 단계 49에서, 재구성 과정에서와 같이 프레임 셀렉터(44)로부터 추가의 프레임들이 요청될 수 있다. 최종으로, 단계 50에서, 참가한 의사의 요청에 따라 체적 데이터가 디스플레이된다.

포즈 결정 분석 전에 프레임 선택 과정이 실행된 실시예들에 있어서, 플로우챠트 단계들의 순서는 적절하게 정정될 것이다.

표준 C-아암 시스템들은 일반적으로 촬상되는 물체의 불투명도의 변화들에 대해 조정하도록 소스의 전압 및 전류를 변화시킴에 의해, 자동 명암도 대비(contrast)/휘도 제어를 이용한다. 이는 유사한 전체 휘도 레벨들의 영상들을 얻도록 행해진다. 상기 시스템들은 일반적으로 소스 명암도 인자들을 조정하도록 영상의 통합된 전체 명암도를 이용한다.

명암도 변화들은, 예컨대, 높은 명암도의 입사 빔이 뼈 등의 불투과성 물체의 외측 에지들을 더 용이하게 관통하여 횡단하여, 외측 에지들을 더 투명하게 나타나게 하며, 뼈를 상응하게 더 좁게 나타나게 하므로, 촬상되는 물체의 식별할 수 있는 사이즈를 변화시킬 수 있다. 따라서, 명암도 변화들은 물체의 실제의 외관을 변화시킬 수 있어서 동일 물체가 다른 프레임들에서 다른 명암도를 가질 수 있다. 3D 재구성 과정이 물체 밀도의 함수로서 영상 명암도의 균일성에 기초하게 되므로, 영상들은 공통 인자들로 표준화될 필요가 있다.

따라서, 조명의 명암도의 변화들에도 불구하고 각 영상의 피처들의 사이즈를 표준화하도록, 소스의 명암도 레벨을 감시할 필요가 있다.

이제 도5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라 구성되어 작동하는 새로운 명암도 센서 또는 타깃(50)이 도시되어 있다. 상기 센서는 X선 방사에 대해 다른 흡수도를 가진 적어도 3개의 영역들로 구성된다. 도5에 도시된 실시예에서, 3개의 영역들(51,52,53)이 동심의 원형 영역들로서 배열되어 있지만, 모두 3개의 영역들이 X선 형광 투시경에 쉽게 촬상될 수 있다면, 그 영역들의 형태들에 대한 제한은 없다. 흡수도들 사이의 비, 및 3개의 영역들 사이의 비가 알려져 있으므로, 두 개의 알려진 비율들이 있다. 상기 영역들의 개별적인 그레이 레벨들 은 명암도의 함수이지만, 상기 비율들은 고정된다. 다른 영역들에서 명암도들을 측정하고 비어의(Beer's) 법칙을 이용함에 의해 :

I=I₀e^-∫μ(x) ^ds

I₀를 구할 수 있게 된다.

종종, 명암도 타깃은 공기와 다른 재료의 상부에 배치된다. 이 경우, 비어의 방정식은, 그 재료의 영향을 나타내는, 새로운 미지수 α를 가진다 :

I=I₀e^-∫μ(x) ^ds ^-α

적어도 3개의 영역들을 가진다면, I₀ 및 α 양자를 구할 수 있다.

이 표준을 더욱 강력하게 하고, 명암도 타깃들이 여러 개의 다른 재료들의 상부에 있는 경우들에 대해서도 계산하도록, 영상 주위에서 여러 개의 이러한 타깃들 및 가능하다면, 3개 이상의 영역들을 가진 타깃들을 이용하는 것이 바람직하다. 본 발명은 통상적으로 알려진 C-아암 시스템에 대해 설명하여 특허 청구하고 있다. 용어 C-아암은 C자형 아암들을 가진 시스템들로 제한되는 것이 아니라, 서로 고정된 관계를 가진 채로, 촬상될 환자 주위에서 이동하는 소스 및 검출기 유닛들로부터 2차원 영상들을 생성하는 임의의 X-레이 촬상 시스템을 포함하도록 사용되고 있음을 이해하기 바란다.

당업자들이라면 본 발명이 특정하게 도시되어 상기한 바와 같이 설명된 것으로 제한되지 않음을 알 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 상기한 여러 가지 특징 들의 결합 및 부결합(subcombination)은 물론이고 상기 명세서를 읽은 당업자에게 서 발생될 수 있고 종래 기술에는 있지 않은 변화들 및 개조들을 포함하는 것이다.

Claims

X-레이 소스;

가동 C-아암에 의해 상기 소스에 연결되는 X-레이 카메라로서, 상기 소스 및 카메라 사이에 배치된 환자의 관심 영역의 비디오 영상들의 시퀀스를 생성하는 X-레이 카메라;

3차원 패턴의 X-레이 불투과 마커들의 어레이를 포함하는 타깃으로서, 비디오 영상들의 시퀀스의 적어도 일부에 상기 타깃의 적어도 일부가 촬상되도록 환자에 대해 고정된 위치에 배치되는 타깃;

상기 타깃의 영상 패턴들을 분석함에 의해, 상기 비디오 영상들의 적어도 일부에 대해 환자에 대한 상기 C-아암의 포즈를 결정하는 영상 처리 유닛; 및

선택된 비디오 영상들 및 그들의 결정된 포즈들로부터, 환자의 상기 관심 영역의 촬상 데이터의 3차원 체적 세트를 계산하는 재구성 엔진을 포함하는 촬상 장치.
제1항에 있어서, 상기 영상 처리 유닛은, 임의의 비디오 영상들의 선택 전에, 상기 비디오 영상들의 모두에 대해 환자에 대한 상기 C-아암의 포즈를 결정하는 촬상 장치.
제1항에 있어서, 상기 영상 처리 유닛은 상기 비디오 영상들의 선택된 것들 에 대해서만 환자에 대한 상기 C-아암의 포즈를 결정하는 촬상 장치.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비디오 영상들이 각각 비디오 프레임인 촬상 장치.
제1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비디오 영상들의 적어도 일부는 아날로그 비디오 프레임의 인터레이스된 필드들인 촬상 장치.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 영상 처리 유닛은 상기 C-아암의 동작의 영향을 감소시키기 위한 영상 디블러링 모듈을 포함하는 촬상 장치.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 C-아암은 수동으로 이동되도록 되어 있는 촬상 장치.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타깃은 환자에 부착되는 촬상 장치.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타깃은 환자가 누워있는 플랫폼에 부착되는 촬상 장치.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 영상 처리 유닛은, 상기 선택된 영상에 선행하는 적어도 일부의 영상들의 분석에 의해 선택된 비디오 영상의 특징들을 예상하는, 영상 시퀀스 비교 모듈을 포함하는 촬상 장치.
제10항에 있어서, 상기 예상된 특징들은 상기 타깃의 영상 패턴들의 예상되는 위치들이며, 이로써 상기 선택된 영상과 관련된 포즈의 계산이 상기 선택된 영상의 전체에 걸쳐 상기 타깃의 영상 패턴들에 대해 탐색할 필요없이 실행될 수 있는 촬상 장치.
제10항에 있어서, 상기 예상된 특징들은 상기 선택된 비디오 영상에서 없어진 예상되는 특징들인 촬상 장치.
제10항에 있어서, 상기 영상 시퀀스 비교 모듈은, 상기 선택된 영상에 선행하는 적어도 일부의 영상들과 관련된 포즈의 디워핑 펑션의 분석에 의해, 상기 선택된 비디오 영상과 관련된 포즈에 대한 디워핑 펑션을 예상하는 촬상 장치.
C-아암에 의해 연결된 카메라 및 소스를 가지며, 상기 소스 및 카메라 사이에 배치된 환자의 관심 영역을 촬상하는 X-레이 촬상 시스템을 제공하는 단계;

환자에 대해 고정된 위치에, 3차원 패턴으로 배치된 일련의 X-레이 불투과 마커들을 가지며, 그의 적어도 일부가 상기 촬상 시스템에 의해 촬상되는 타깃을 배치하는 단계;

상기 C-아암에 동작 경로를 적용하는 단계;

상기 C-아암이 동작 경로를 실행하는 중에 환자의 상기 관심 영역의 비디오 영상들의 시퀀스를 상기 카메라로부터 얻는 단계;

상기 타깃의 영상 패턴들을 분석함에 의해 상기 비디오 영상들의 시퀀스의 적어도 일부에 대해 환자에 대한 상기 C-아암의 포즈를 결정하는 단계;

상기 비디오 시퀀스에서 다수의 영상들을 선택하는 단계; 및

환자의 상기 관심 영역의 촬상 데이터의 3차원 체적 세트를 재구성하도록 상기 선택된 비디오 영상들 및 그들의 결정된 포즈들을 이용하는 단계를 포함하는, 촬상 데이터의 체적 세트를 생성하는 방법.
제14항에 있어서, 환자에 대한 상기 C-아암의 포즈는, 임의의 비디오 영상들의 선택 전에, 상기 비디오 영상들의 모두에 대해 결정되는 방법.
제14항에 있어서, 환자에 대한 상기 C-아암의 포즈는 상기 비디오 영상들의 선택된 것들에 대해서만 결정되는 방법.
제14항 내지 16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비디오 영상들 각각은 비디오 프레임인 방법.
제14항 내지 16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비디오 영상들 중 적어도 일부는 아날로그 비디오 프레임의 인터레이스된 필드들인 방법.
제14항 내지 18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 C-아암의 동작의 영향을 감소시키기 위한 디블러링 모듈에서 상기 영상들을 처리하는 단계를 더 포함하는 방법.
제14항 내지 19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 C-아암에 대한 동작 경로를 적용하는 단계는 수동으로 실행되는 방법.
제14항 내지 20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타깃은 환자에 부착되는 방법.
제14항 내지 21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타깃은 환자가 누워있는 플랫폼에 부착되는 방법.
제14항 내지 22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선택된 영상에 선행하는 적어도 일부의 영상들의 분석에 의해 선택된 비디오 영상의 특징들을 예상하는, 영상 시퀀스 비교 모듈에서 상기 영상들을 처리하는 단계를 더 포함하는 방법.
제23항에 있어서, 상기 예상된 특징들은 상기 타깃의 영상 패턴들의 예상되는 위치들이며, 이로써 상기 선택된 영상과 관련된 포즈의 계산이 상기 선택된 영상의 전체에 걸쳐 상기 타깃의 영상 패턴들에 대해 탐색할 필요없이 실행될 수 있는 방법.
제23항에 있어서, 상기 예상된 특징들은 상기 선택된 비디오 영상에서 없어진 예상되는 특징들인 방법.
제23항에 있어서, 상기 영상 시퀀스 비교 모듈은, 상기 선택된 영상에 선행하는 적어도 일부의 영상들과 관련된 포즈의 디워핑 펑션의 분석에 의해, 상기 선택된 비디오 영상과 관련된 포즈에 대한 디워핑 펑션을 예상하는 방법.