KR100784446B1 - Breast cancer diagnosis system using monochromatic soft x-ray - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 단일 파장 연엑스선을 이용한 유방암 진단시스템의 전체 블록도이다.1 is a block diagram of a breast cancer diagnosis system using a single wavelength soft x-ray according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 단일 파장 연엑스선을 이용한 유방암 진단시스템의 마이크로스코피신호획득광학부를 개략적으로 나타낸 예시도이다.2 is an exemplary view schematically showing a microscopic signal acquisition optical unit of the breast cancer diagnosis system using a single wavelength soft x-ray according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단일 파장 연엑스선을 이용한 유방암 진단시스템의 미세각엑스선산란패턴획득광학부를 개략적으로 나타낸 예시도이다.FIG. 3 is an exemplary view schematically showing a micro-angle X-ray scattering pattern acquisition optical unit of a breast cancer diagnosis system using a single wavelength soft X-ray according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 단일 파장 연엑스선을 이용한 유방암 진단시스템의 신호검출장치 블록도이다.4 is a block diagram of a signal detection apparatus of a breast cancer diagnosis system using a single wavelength soft x-ray according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 단일 파장 연엑스선을 이용한 유방암 진단시스템의 대상 오브젝트에 대한 스캐닝 방법을 개략적으로 나타낸 예시도이다.5 is an exemplary view schematically illustrating a scanning method for a target object of a breast cancer diagnosis system using a single wavelength soft x-ray according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 단일 파장 연엑스선을 이용한 유방암 진단시스템의 신호처리장치 블록도이다.6 is a block diagram of a signal processing apparatus of a breast cancer diagnosis system using a single wavelength soft x-ray according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 오브젝트 100 : 단일 파장 연엑스선 발생장치10: object 100: single wavelength soft x-ray generator
200 : 광분배장치 310 : 마이크로스코피신호획득광학부200: optical distribution device 310: microscopy signal acquisition optical
350 : 미세각엑스선산란패턴광학부 400 : 제1신호검출장치350: minute angle X-ray scattering pattern optical unit 400: first signal detection device
450 : 제2신호검출장치 500 : 신호처리장치450: second signal detection device 500: signal processing device
600 : 호스트컴퓨터600: host computer
본 발명은 단일 파장 연엑스선을 이용한 유방암 진단시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엑스선발생장치에서 발생되는 단일 파장 연엑스선을 이용하여 미세각 엑스선 산란 패턴과 마이크로스코피 영상을 획득함으로써 유방암 진단을 정량적으로 수행할 수 있는 단일 파장 연엑스선을 이용한 유방암 진단시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a breast cancer diagnosis system using a single wavelength soft x-ray, and more particularly, to quantitatively diagnose breast cancer by acquiring a micro angle X-ray scattering pattern and a microscopy image using a single wavelength soft x-ray generated by an X-ray generator. It relates to a breast cancer diagnosis system using a single wavelength soft x-ray that can be performed.
의료 및 의식 수준의 성장으로 유방암 조기 발견율이 증가하고 이에 따른 완치율이 향상되었으나 생활 습관의 서구화, 음식물 섭취 패턴의 변화, 환경 오염등으로 인하여 유방암 발생률은 상대적으로 매우 높아졌으며 독신성향, 결혼을 늦게하는 것, 초산(만삭 출산) 연령의 증가, 아기를 적게 낳고, 젖을 안먹이는 등의 서구화된 생활들도 유방암 발생에 영향을 주는 요인으로 주목되고 있다. 더우기 유방암은 병기에 따라 큰 차이를 보여 완치율이 1,2기에 비하여 3,4기에 현저히 감소하 고 절반이 넘는 환자가 3기 이후에 발견되는 만큼 유방암 조기 진단의 기술적 성장이 시급한 실정이다.The growth of medical and consciousness increased breast cancer early detection rate and improved cure rate, but the incidence of breast cancer was relatively high due to westernization of lifestyle, changes in food intake patterns and environmental pollution. Western lifestyles such as babies, higher birth rates, and fewer babies and no breastfeeding are also noted as factors influencing breast cancer. In addition, breast cancer shows a big difference according to the stages, so the cure rate is significantly decreased in stages 3 and 4 compared to stages 1 and 2, and more than half of patients are found after stage 3, so the technical growth of early diagnosis of breast cancer is urgent.
이를 위해 사용되는 종래의 유방암 조기 진단 방법에는 유방 엑스선 촬영법, 초음파를 이용한 방법, 자기공명영상촬영법등이 있었다.Conventional breast cancer early diagnosis methods used for this purpose include mammography, ultrasound, magnetic resonance imaging.
유방 엑스선 촬영법은 최근 유방암을 검진하는 방법중에서 가장 널리 사용되고 있는 방법으로 플라스틱판에 밀착시킨 유방을 엑스선을 이용해 촬영하는 방식이다. 검사 절차는 비교적 간단하지만 부드러운 유방조직의 특성상 압박하여 찍지 않으면 영상이 흐리게 나오므로 선명한 영상을 얻기 위해 압박은 필요 불가결하므로 피검사자에게 수치심을 유발시키는 정서적 문제가 발생한다. 또한 유방의 지방조직, 결합조직, 유선조직의 밀도가 조밀하게 많아서 유방이 하얗게 보이는 조밀 유방과 비균질 조밀 유방의 경우 유방초음파 검사에서 발견할 수 있는 멍울이나 종괴를 구분할 수가 없다. 게다가 최소 검출 가능 영상이 5mm이상이므로 미세석회화의 조기 발견이 어렵고 진단의 정확도가 80%를 넘지 못하는 한계를 가지고 있었다.Mammography is the most widely used method of screening breast cancer recently. X-ray imaging is performed on a breast adhered to a plastic sheet. Although the procedure is relatively simple, due to the characteristics of the soft breast tissue, the image is blurred if the image is not compressed. Therefore, the compression is indispensable to obtain a clear image. In addition, due to the high density of adipose tissue, connective tissue and mammary tissue of the breast, it is impossible to distinguish between lumps and masses that can be detected by ultrasonography in the case of dense breasts showing white breasts and heterogeneous dense breasts. In addition, since the minimum detectable image is more than 5mm, it is difficult to detect microcalcification early and the diagnostic accuracy is not more than 80%.
초음파를 이용한 방법은 물체에 닿아 되돌아오는 음파를 모아 유방 내의 영상을 획득하여 물혹과 고형성 종양을 감별, 종양의 크기, 모양, 밀도 등을 결정하여 암과 양성 종양을 감별하는 방식으로 유방에 염증성 질환이 있거나 유방조직이 치밀한 여성, 방사선 노출이 해로울 수 있는 임산부등 엑스선 촬영이 불가능하거나 진단이 애매한 경우에 용이하나 이 또한 미세석회화를 정확히 보기 어려워 반드시 영상 촬영과 병행해야 하는 문제점을 가지고 있었다.Ultrasound method collects sound waves coming back from an object and acquires images from the breast to differentiate between water bumps and solid tumors, and to determine tumor size, shape, and density to distinguish cancer from benign tumors. It is easy when X-ray imaging is impossible or the diagnosis is ambiguous, such as a woman with a disease or a dense breast tissue or a pregnant woman who may be harmful to exposure to radiation, but it is also difficult to see the microcalcification accurately.
자기공명영상촬영법은 이미 발견된 유방암의 범위와 병기를 파악하는데 효과적이나 검사 비용이 비싸고 촬영시간이 길며, 과정이 번거롭고 제한된 공간에 들어가서 촬영을 해야하므로 폐쇄공포증 환자에게 적합하지 않았다.Magnetic resonance imaging was effective in identifying the extent and stage of breast cancer that had already been found, but it was not suitable for patients with obstructive phobia because of the high cost of the test, the long time taken, the complicated procedure, and the need to take pictures in a limited space.
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,Accordingly, the present invention has been made to solve the above conventional problems,
본 발명의 목적은 단일 파장 연엑스선발생장치에서 발생되는 단일 파장 연엑스선을 이용하여 단일 에너지 대역 즉, 단일 파장을 갖는 연엑스선을 조사함으로서 방사선 피폭량을 기존의 유방암 엑스선 진단 장치에 비하여 최대 50%까지 줄이고 인체의 흡수가 가장 많은 저에너지 영역의 방사선을 완전 제거함으로서 인체에 무해한 유방암 진단 시스템을 제공하는데 있다. An object of the present invention by irradiating a single energy band, that is, a single wavelength having a single wavelength using a single wavelength soft x-rays generated in a single wavelength soft x-ray generator, the radiation exposure is up to 50% compared to the conventional breast cancer X-ray diagnostic apparatus It is to provide a breast cancer diagnosis system that is harmless to the human body by reducing and completely eliminating radiation in the low energy region where the human body absorbs the most.
본 발명의 다른 목적은 유방암 조기 진단에 있어 가장 유용한 정보를 제공하는 미세석회화를 검출하기 위하여 미세각 엑스선 산란 방식과 마이크로스코피 방식을 동시에 적용하고 이에 의하여 얻어지는 미세각 엑스선 산란 영상 및 굴절 영상, 마이스로스코프 영상을 획득하여 나노급 해상도를 지닌 초미세 진단 영상을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to simultaneously apply a micro-angle X-ray scattering method and a microscopy method to detect microcalcifications that provide the most useful information for early diagnosis of breast cancer, and to obtain a micro-angle X-ray scattering image, refractive image, and mice It is to provide an ultra-fine diagnostic image with nano resolution by acquiring scope images.
본 발명의 또 다른 목적은 단순 투과 영상만을 제공하는 종래의 엑스선 영상 장치와 달리 미세각 엑스선 산란 방식을 이용하여 유방암의 진행과 가장 밀접한 관계가 있으며 유방 조직 내에서 ECM(Extra cellular Matrix)의 주요한 구조적 성분인 콜라겐 단백질에 의해 구성된 조직 상태에 대한 미세각 엑스선 산란 패턴을 획 득하고 이를 웨이블렛 기반의 분석방법을 적용하여 유방암에 대한 정량적 정보와 정확한 위치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is unlike the conventional X-ray imaging apparatus that provides only a simple transmission image has a close relationship with the progression of breast cancer using a micro-angle X-ray scattering method and the major structural of the extra cellular matrix (ECM) in breast tissue Acquiring a micro-angle X-ray scattering pattern of the tissue state composed of the collagen protein as a component and applying a wavelet-based analysis method to provide quantitative information and accurate location of breast cancer.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 단일 파장 연엑스선을 이용한 유방암 진단시스템은,Breast cancer diagnosis system using a single wavelength soft x-ray of the present invention for achieving the above object,
유방암 진단시스템에 있어서,In the breast cancer diagnosis system,
단일 파장 연엑스선을 발생시키는 단일파장연엑스선발생장치와;A single wavelength extended X-ray generator for generating a single wavelength extended X-ray;
상기 단일파장연엑스선발생장치에서 발생된 단일 파장 연엑스선을 이용하여 미세각 엑스선 산란 방식과 마이크로스코피 방식에 의하여 영상과 패턴을 획득하기 위한 광학 장치로 단일 파장 연엑스선을 공급하기 위한 광분배장치와;An optical distribution device for supplying a single wavelength soft x-ray to an optical device for acquiring an image and a pattern by a micro-angle x-ray scattering method and a microscopy method using a single wavelength soft x-ray generated by the single wavelength soft x-ray generator; ;
상기 광분배장치로부터 입사된 단일 파장 연엑스선을 이용하여 연엑스선 마이크로스코피 방식에 의하여 영상을 획득하기 위한 마이크로스코피신호획득광학부와,A microscopy signal acquisition optical unit for acquiring an image by a soft x-ray microscopy method using a single wavelength soft x-ray incident from the optical splitter;
상기 광분배장치로부터 입사된 단일 파장 연엑스선을 이용하여 미세각 엑스선 산란 방식에 의하여 미세각 엑스선 산란 패턴을 획득하기 위한 미세각엑스선산란패턴획득광학부를 포함하여 구성되는 광학장치와;An optical device including a micro-angle X-ray scattering pattern acquisition optical unit for acquiring a micro-angle X-ray scattering pattern by a micro-angle X-ray scattering method using a single wavelength soft X-ray incident from the light distribution device;
상기 광학장치로부터 획득된 회절에 의한 마이크로스코피 영상 신호들을 실시간으로 검출하기 위한 제2신호검출장치와,A second signal detection device for detecting in real time microscopic image signals obtained by diffraction obtained from the optical device;
상기 광학장치로부터 획득된 미세각 엑스선 산란 패턴을 검출하기 위한 제1 신호검출장치를 포함하여 구성되는 신호검출장치와;A signal detection device including a first signal detection device for detecting a micro-angle X-ray scattering pattern obtained from the optical device;
상기 제1신호검출장치 및 제2신호검출장치로부터 입력된 검출 신호를 실시간으로 처리하여 패턴 및 영상 데이터를 호스트 컴퓨터로 송신하기 위한 신호처리장치와;A signal processing device for processing the detection signals input from the first signal detection device and the second signal detection device in real time to transmit pattern and image data to a host computer;
상기 신호처리장치로부터 패턴 및 영상 데이터를 수신받아 데이터 저장 및 분석, 현시하기 위한 호스트컴퓨터;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.And a host computer configured to receive the pattern and image data from the signal processing apparatus, and to store, analyze, and present the data.
이때, 상기 단일파장연엑스선발생장치는,At this time, the single wavelength X-ray generator,
단일 파장의 엑스선을 발생시키는 펨토초 펄스 레이저방식에 의한 펨토초 엑스선 발생장치를 사용하며, 연 엑스선 영역의 방사선을 사용하는 것을 특징으로 한다.A femtosecond X-ray generator using a femtosecond pulse laser method for generating X-rays of a single wavelength is used, and the radiation of the soft X-ray region is used.
이때, 상기 광분배장치는,At this time, the optical distribution device,
광자 크리스탈 도파로 혹은 다중 모드 간섭계를 이용하여 광분배기와 미러를 사용하여 내부적으로 90˚의 반사각과 0˚의 투과각을 가지도록 구성하는 것을 특징으로 한다.The photonic crystal waveguide or the multi-mode interferometer is configured to have a reflection angle of 90 degrees and a transmission angle of 0 degrees internally using an optical splitter and a mirror.
이때, 상기 마이크로스코피신호획득광학부는,At this time, the microscopy signal acquisition optical unit,
광분배장치로부터 입사된 단일 파장 연엑스선의 경로를 변경하여 미세 동심원회절판으로 조사되게 하기 위한 구면 다층거울과, A spherical multilayer mirror for irradiating with a fine concentric diffraction plate by changing the path of a single wavelength soft x-ray incident from an optical splitter;
상기 구면 다층거울에서 투사되어 대상 오브젝트의 스캔 지점에 초점을 맞추고 연엑스선 마이크로스코피의 공간분해능을 높이기 위한 미세동심원 회절판과,A micro-concentric diffraction plate projected from the spherical multilayer mirror to focus on a scan point of a target object and to increase spatial resolution of soft X-ray microscopy;
상기 미세 동심원 회절판으로 입사된 단일 파장 연엑스선에 대하여 굴절 차 수를 결정하기 위한 차수 정렬 조리개를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.And an ordered alignment aperture for determining a refractive order with respect to a single wavelength soft X-ray incident to the fine concentric diffraction plate.
이때, 상기 마이크로스코피신호획득광학부는,At this time, the microscopy signal acquisition optical unit,
광분배장치로부터 입사된 단일 파장 연엑스선의 경로를 변경하여 미세 동심원회절판으로 조사되게 하기 위한 구면 다층거울과, A spherical multilayer mirror for irradiating with a fine concentric diffraction plate by changing the path of a single wavelength soft x-ray incident from an optical splitter;
상기 구면 다층거울에서 투사되어 대상 오브젝트의 스캔 지점에 초점을 맞추고 연엑스선 마이크로스코피의 공간분해능을 높이기 위한 미세동심원 회절판과,A micro-concentric diffraction plate projected from the spherical multilayer mirror to focus on a scan point of a target object and to increase spatial resolution of soft X-ray microscopy;
상기 미세 동심원 회절판으로 입사된 단일 파장 연엑스선에 대하여 굴절 차수를 결정하기 위한 차수 정렬 조리개를 포함하여 구성되되,It comprises an ordered aperture for determining the order of refraction for the single wavelength soft X-rays incident on the fine concentric diffraction plate,
구면 다층거울을 이용하여 단일파장연엑스선발생장치 및 광분배장치와 미세 동심원 회절판, 차수 정렬 조리개, 대상 오브젝트와 제1신호검출장치를 모두 구면 다층거울의 앞쪽에 위치시켜 광분배장치를 통과한 단일파장연엑스선이 구면 다층거울에 반사되어 대상 오브젝트로 투사됨으로서 빔 경로를 줄이는 것을 특징으로 한다.Using a spherical multilayer mirror, a single wavelength delayed X-ray generator and a light distribution device, a fine concentric diffraction plate, an order-aligned aperture, a target object and a first signal detection device are all placed in front of the spherical multilayer mirror and passed through the light distribution device. A single wavelength X-ray is reflected by a spherical multilayer mirror and projected onto a target object, thereby reducing the beam path.
이때, 미세각엑스선산란패턴획득광학부는,At this time, the micro-angle X-ray scattering pattern acquisition optical unit,
광분배장치로부터 입사된 단일파장 연엑스선의 빔 경로를 변경하기 위한 제1반사거울 및 제2반사거울과,A first reflection mirror and a second reflection mirror for changing the beam path of the single wavelength soft x-rays incident from the light distribution device;
비정상적인 산란선을 제거하고 사이즈가 큰 샘플에 대하여 미세각 엑스선 산란 패턴을 얻기 위한 핀홀시준수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it comprises a pinhole collimation means for removing the abnormal scattering line and to obtain a micro-angle X-ray scattering pattern for a large size sample.
이때, 상기 핀홀시준수단은,At this time, the pinhole collimation means,
입사하는 빔의 크기와 초점 거리를 조절하여 입사되는 입사빔의 성질과 특성 을 결정하기 위한 제1핀홀 및 제2핀홀과,A first pinhole and a second pinhole for adjusting the size and focal length of the incident beam to determine the properties and characteristics of the incident beam;
상기 제2핀홀의 내부 경계면에서 산란에 의하여 발생하는 노이즈 성분의 산란빔을 제거하기 위한 가드핀홀을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.And a guard pin hole for removing a scattering beam of a noise component generated by scattering at an inner boundary surface of the second pin hole.
이때, 상기 신호검출장치는,At this time, the signal detection device,
마이크로스코피 영상 신호을 검출하기 위한 제2CCD영상센서와,A second CCD image sensor for detecting a microscopy image signal;
상기 제2CCD영상센서를 제어하고 제2CCD영상센서로부터 마이크로스코피 영상 신호를 입력받아 디지털 데이터로 변환하여 마이크로스코피 영상 데이터를 출력하기 위한 마이크로스코피영상신호획득부와,A microscopic image signal acquisition unit for controlling the second CCD image sensor, receiving a microscopic image signal from the second CCD image sensor, converting the microscopic image signal into digital data, and outputting microscopic image data;
미세각 엑스선 산란 패턴을 검출하기 위한 제1CCD영상센서와,A first CCD image sensor for detecting a micro-angle X-ray scattering pattern;
상기 제1CCD영상센서를 제어하고 제1CCD영상센서로부터 미세각 산란 패턴을 입력받아 디지털 데이터로 변환하여 미세각 산란 패턴 데이터를 출력하기 위한 미세각산란패턴신호획득부와,A fine angle scattering pattern signal acquisition unit for controlling the first CCD image sensor, receiving a fine angle scattering pattern from the first CCD image sensor, and converting the digital angle scattering pattern data into digital data;
상기 미세각산란패턴신호획득부 및 마이크로스코피영상신호획득부의 신호변환 과정에 대한 동기를 제공하기 위한 동기화회로부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.And a synchronization circuit unit for providing synchronization for the signal conversion process of the micro-angle scattering pattern signal acquisition unit and the microscopic image signal acquisition unit.
이때, 상기 신호처리장치는,At this time, the signal processing device,
상기 신호검출장치로부터 전달되는 미세각 산란 패턴 데이터로부터 미세각 산란 영상과 굴절 영상 및 미세각 패턴 셋을 생성하기 위한 미세각산란패턴신호처리부와,A micro-angle scattering pattern signal processor for generating a micro-angle scattering image, a refraction image, and a micro-angle pattern set from the micro-angle scattering pattern data transmitted from the signal detection device;
상기 신호검출장치로부터 전달되는 마이크로스코피 영상 데이터로부터 마이 크로스코피 영상을 생성하기 위한 마이크로스코피영상신호처리부와,A microscopy image signal processor for generating a microcrosscopy image from the microscopy image data transmitted from the signal detection apparatus;
상기 미세각산란패턴신호처리부와 마이크로스코피영상신호처리부로부터 전달된 미세각 산란 영상과 굴절 영상, 미세각 패턴 셋 및 마이크로스코피 영상을 호스트컴퓨터로 전송하기 위한 데이터전송부와,A data transmitter for transmitting the micro-angle scattering pattern and the refraction image, the micro-angle pattern set, and the microscopic image transmitted from the micro-angle scattering pattern signal processor and the microscopic image signal processor;
상기 미세각산란패턴신호처리부와 마이크로스코피영상신호처리부 및 데이터 전송부를 제어하는 주제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The micro angle scattering pattern signal processing unit, the microscopic image signal processing unit and the main control unit for controlling the data transmission unit is characterized in that it comprises a.
이때, 상기 신호처리장치는,At this time, the signal processing device,
정상 유방에서 획득한 미세각 산란 패턴 영상과 비교하여 유방암의 유무를 판단하기 위하여 입력받은 각 프레임에 대한 미세각 산란 패턴 데이터에 대하여 웨이블렛 트랜스폼을 이용하여 웨이블렛 도메인 상의 패턴 영상으로 변환시켜 미세각 산란 패턴 영상을 생성시키는 것을 특징으로 한다.In order to determine the presence or absence of breast cancer compared to the micro-angle scattering pattern image obtained from the normal breast, micro-angle scattering is performed by converting the micro-angle scattering pattern data for each frame into a pattern image on the wavelet domain using wavelet transform. A pattern image is generated.
이때, 상기 미세각산란패턴신호처리부와 마이크로스코피영상신호처리부는,In this case, the micro-angle scattering pattern signal processor and the microscopic image signal processor,
스캐닝이 완료될 때까지 입력되는 미세각 산란 패턴 데이터와 마이크로스코피 영상 데이터를 프레임별로 저장하기 위한 대용량 메모리와 고속의 신호 처리 알고리즘을 하드웨어 기반에서 수행하기 위하여 32비트 리스크 구조의 DSP 전용 프로세서와 고속 FPGA를 병렬구조로 연결, 배치하여 처리하는 것을 특징으로 한다.A 32-bit risk-only DSP processor and high-speed FPGA to perform hardware-based high-speed memory and high-speed signal processing algorithms to store micro-angle scattering pattern data and microscopic image data input frame by frame until scanning is completed. It is characterized in that the parallel processing to arrange and arrange.
이때, 상기 구면 다층거울은,At this time, the spherical multilayer mirror,
대상 오브젝트 전체를 스캐닝하기 위하여 구면 다층거울이 상하 방향과 좌우 방향으로 회전할 수 있도록 하고 이에 따라 구면 다층 거울로부터 대상 오브젝트에 투사된 단일파장 연엑스선이 미세 동심원 회절판과 제1신호검출장치의 중심을 지날 수 있도록 구면 다층 거울과 미세 동심원 회절판과 제1신호검출장치를 동일하게 이동할 수 있도록 설계하는 것을 특징으로 한다.In order to scan the entire target object, the spherical multilayer mirror can be rotated in the vertical direction and the left and right directions so that the single wavelength soft X-ray projected from the spherical multilayer mirror onto the target object is the center of the fine concentric diffraction plate and the first signal detection device. It is characterized in that the spherical multi-layer mirror, the fine concentric diffraction plate and the first signal detection device can be designed to move in the same way.
이때, 상기 제2반사거울은,At this time, the second reflection mirror,
대상 오브젝트 전체를 스캐닝하기 위하여 제2반사거울이 상하 방향과 좌우 방향으로 회전할 수 있도록 하고 이에 따라 제2반사거울로부터 가드핀홀을 통과하여 대상 오브젝트에 투사된 단일파장 연엑스선과 대상 오브젝트를 통과한 미세각 산란 패턴이 제2신호검출장치의 중심을 지날 수 있도록 가드핀홀과 제2신호검출장치가 제2반사거울과 동일하게 이동할 수 있도록 설계하는 것을 특징으로 한다.In order to scan the entire target object, the second reflecting mirror can rotate in the vertical direction and the left and right directions. Accordingly, the second reflecting mirror passes through the guard pin hole and passes through the single wavelength soft X-ray projected on the target object. The guard pin hole and the second signal detection device may be designed to move in the same manner as the second reflection mirror so that the micro-angle scattering pattern may pass through the center of the second signal detection device.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 단일 파장 연엑스선을 이용한 유방암 진단시스템의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the breast cancer diagnosis system using a single wavelength soft x-rays of the present invention.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 단일 파장 연엑스선을 이용한 유방암 진단시스템의 전체 블록도이다.1 is a block diagram of a breast cancer diagnosis system using a single wavelength soft x-ray according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명인 단일 파장 연엑스선을 이용한 유방암 진단시스템은,As shown in Figure 1, the present invention is a breast cancer diagnosis system using a single wavelength soft X-rays,
유방암 진단시스템에 있어서,In the breast cancer diagnosis system,
단일 파장 연엑스선을 발생시키는 단일파장연엑스선발생장치(100)와;A single wavelength
상기 단일파장연엑스선발생장치에서 발생된 단일 파장 연엑스선을 이용하여 미세각 엑스선 산란 방식과 마이크로스코피 방식에 의하여 영상과 패턴을 획득하기 위한 광학 장치로 단일 파장 연엑스선을 공급하기 위한 광분배장치(200)와;Optical distribution device for supplying single wavelength soft x-rays to an optical device for acquiring an image and a pattern by micro-angle X-ray scattering and microscopy using single wavelength soft x-rays generated by the single wavelength soft x-ray generator ( 200);
상기 광분배장치로부터 입사된 단일 파장 연엑스선을 이용하여 연엑스선 마 이크로스코피 방식에 의하여 영상을 획득하기 위한 마이크로스코피신호획득광학부(310)와,A microscopy signal acquisition
상기 광분배장치로부터 입사된 단일 파장 연엑스선을 이용하여 미세각 엑스선 산란 방식에 의하여 미세각 엑스선 산란 패턴을 획득하기 위한 미세각엑스선산란패턴획득광학부(350)를 포함하여 구성되는 광학장치(300)와;
상기 광학장치로부터 획득된 회절에 의한 마이크로스코피 영상 신호들을 실시간으로 검출하기 위한 제2신호검출장치(450)와,A second
상기 광학장치로부터 획득된 미세각 엑스선 산란 패턴을 검출하기 위한 제1신호검출장치(400)를 포함하여 구성되는 신호검출장치와;A signal detection device including a first
상기 제1신호검출장치 및 제2신호검출장치로부터 입력된 검출 신호를 실시간으로 처리하여 패턴 및 영상 데이터를 호스트 컴퓨터로 송신하기 위한 신호처리장치(500)와;A signal processing device (500) for processing the detection signals input from the first signal detection device and the second signal detection device in real time to transmit pattern and image data to a host computer;
상기 신호처리장치로부터 패턴 및 영상 데이터를 수신받아 데이터 저장 및 분석, 현시하기 위한 호스트컴퓨터(600);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.And a
이때, 상기 단일파장연엑스선발생장치는,At this time, the single wavelength X-ray generator,
단일 파장의 엑스선을 발생시키는 펨토초 펄스 레이저방식에 의한 펨토초 엑스선 발생장치를 사용하며, 연 엑스선 영역의 방사선을 사용하는 것을 특징으로 하는데, 일반적으로 단일 파장 연엑스선을 발생시키기 위하여 사용되는 입자가속기에 의한 싱크로트론 발생 장치나 플라즈마 방식과 달리 펨토초의 극히 짧은 시간 동안 레이저빔을 주기적으로 발사하여 광전효과에 의하여 단일 에너지 즉, 단일 파장의 X선을 발생시킨 펨토초 펄스 레이저방식에 의한 펨토초 엑스선 발생장치를 사용하며 유방과 같은 연조직에 대하여 회절 현상이 잘 발생하여 회절 엑스선을 이용하는 마이크로스코피이나 미세각 엑스선 산란 패턴 획득에 있어서 연 X선 영역의 방사선을 사용하는 것이다.A femtosecond X-ray generator using a femtosecond pulse laser method for generating X-rays of a single wavelength is used, and it is characterized by using radiation in the soft X-ray region. Generally, a particle accelerator used to generate a single wavelength soft X-rays is used. Unlike a synchrotron generator or a plasma method, a femtosecond X-ray generator using a femtosecond pulse laser method that emits a single energy, that is, a single wavelength X-ray by the photoelectric effect by periodically firing a laser beam for an extremely short time of femtosecond, Diffraction phenomenon occurs well in soft tissues such as breast, and the radiation of soft X-ray region is used for acquiring microscopic X-ray scattering pattern or diffraction X-ray.
이때, 상기 광분배장치는,At this time, the optical distribution device,
광자 크리스탈 도파로 혹은 다중 모드 간섭계를 이용하여 광분배기와 미러를 사용하여 내부적으로 90˚의 반사각과 0˚의 투과각을 가지도록 구성하는 것을 특징으로 하는데, 이는 단일파장 연엑스선원으로부터 발생한 단일파장 연엑스선을 미세각 X선 산란을 위한 광학부와 마이크로스코프를 위한 광학부에 동시에 공급하기 위한 것이다.A photon crystal waveguide or a multimode interferometer is used to configure the optical splitter and mirror to have a reflection angle of 90 ° and a transmission angle of 0 ° internally. The X-rays are supplied simultaneously to the optical unit for micro-angle X-ray scattering and the optical unit for the microscope.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 단일 파장 연엑스선을 이용한 유방암 진단시스템의 마이크로스코피신호획득광학부를 개략적으로 나타낸 예시도이다.2 is an exemplary view schematically showing a microscopic signal acquisition optical unit of the breast cancer diagnosis system using a single wavelength soft x-ray according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시한 바와 같이, 상기 마이크로스코피신호획득광학부는,As shown in Figure 2, the microscopy signal acquisition optical unit,
광분배장치로부터 입사된 단일 파장 연엑스선의 경로를 변경하여 미세 동심원회절판으로 조사되게 하기 위한 구면 다층거울(311)과, A
상기 구면 다층거울에서 투사되어 대상 오브젝트의 스캔 지점에 초점을 맞추고 연엑스선 마이크로스코피의 공간분해능을 높이기 위한 미세동심원 회절판(313)과,A
상기 미세 동심원 회절판으로 입사된 단일 파장 연엑스선에 대하여 굴절 차 수를 결정하기 위한 차수 정렬 조리개(312)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.And an ordered
이때, 상기 마이크로스코피신호획득광학부는 일반적으로 단일파장연엑스선발생장치 다음에 콘덴서 동심원 회절판, 대상 오브젝트, 오브젝티브 동심원 회절판, 신호검출장치를 일렬로 위치시키지만 이는 단일파장연엑스선발생장치로부터 신호검출장치까지의 빔 경로 매우 길어지는 단점을 가지므로 구면 다층거울을 이용하여 단일파장연엑스선발생장치 및 광분배장치와 미세 동심원 회절판, 차수 정렬 조리개, 대상 오브젝트와 제1신호검출장치를 모두 구면 다층거울의 앞쪽에 위치시켜 광분배장치를 통과한 단일파장연엑스선이 구면 다층거울에 반사되어 대상 오브젝트로 투사됨으로서 빔 경로를 줄이는 것을 특징으로 한다.In this case, the microscopic signal acquisition optical unit generally positions the condenser concentric diffraction plate, the target object, the objective concentric diffraction plate, and the signal detection device in a row after the single wavelength lead X-ray generator, but it detects the signal from the single-wavelength X-ray generator. The beam path to the device has the disadvantage of being very long, so that the spherical multilayer mirror is used to make a single wavelength X-ray generator and the light distribution device and the microconcentric diffraction plate, the order alignment aperture, the target object and the first signal detection device. The single wavelength X-rays, which are located in front of the mirror and pass through the light distribution device, are reflected on the spherical multilayer mirror and projected onto the target object, thereby reducing the beam path.
이때, 상기 구면 다층 거울은 반사도와 노출시간을 감소시켜 효율성을 높이기 위하여 사용하며 사용하는 단일파장 연엑스선의 에너지에 따라 구면의 거친 정도, 레이어의 혼합정도, 밀도 등의 변수들을 조절함에 따라 구면다층거울의 반사도가 결정되는 것을 특징으로 한다.In this case, the spherical multilayer mirror is used to increase the efficiency by reducing the reflectivity and exposure time, and according to the energy of the single-wavelength soft X-rays used to adjust the parameters such as the roughness of the sphere, the degree of mixing of the layer, the density Characterized in that the reflectivity of the mirror is determined.
또한, 상기 구면 다층 거울은 대상 오브젝트 전체를 스캐닝하기 위하여 상하 방향과 좌우 방향으로 회전할 수 있도록 하고 이에 따라 구면 다층 거울로부터 조사된 단일파장 연엑스선이 미세 동심원 회절판, 차수 정렬 조리개와 제1신호검출장치의 중심을 지날 수 있도록 구면 다층 거울과 동일하게 이동할 수 있도록 설계하는 것을 특징으로 한다.In addition, the spherical multilayer mirror can be rotated in the vertical direction and the left and right directions to scan the entire object, so that the single wavelength soft X-rays irradiated from the spherical multilayer mirror are fine concentric diffraction plate, order alignment aperture and the first signal. It is characterized in that it is designed to move in the same way as the spherical multilayer mirror so as to pass through the center of the detection device.
이때, 상기 미세 동심원 회절판은 구면다층거울로부터 조사된 단일파장 연엑 스선에 대하여 중심부에 밀집된 빔을 제거하고 양질의 마이크로스코피 영상 신호를 획득하기 위하여 중심부 차단막을 더 포함하여 구성할 수도 있다.In this case, the micro-concentric diffraction plate may further comprise a central blocking film to remove the dense beam in the center of the single wavelength soft X-rays irradiated from the spherical multilayer mirror and obtain a high quality microscopy image signal.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단일 파장 연엑스선을 이용한 유방암 진단시스템의 미세각엑스선산란패턴획득광학부를 개략적으로 나타낸 예시도이다.FIG. 3 is an exemplary view schematically showing a micro-angle X-ray scattering pattern acquisition optical unit of a breast cancer diagnosis system using a single wavelength soft X-ray according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시한 바와 같이, 상기 미세각엑스선산란패턴획득광학부는,As shown in Figure 3, the micro-angle X-ray scattering pattern acquisition optical unit,
광분배장치로부터 입사된 단일파장 연엑스선의 빔 경로를 변경하기 위한 제1반사거울(351) 및 제2반사거울(352)과,A first reflecting
비정상적인 산란선을 제거하고 사이즈가 큰 샘플에 대하여 미세각 엑스선 산란 패턴을 얻기 위한 핀홀시준수단을 포함하여 구성된다.And a pinhole collimation means for removing abnormal scattering lines and obtaining a micro-angle X-ray scattering pattern for a large sample.
이때, 상기 핀홀시준수단은,At this time, the pinhole collimation means,
입사하는 빔의 크기와 초점 거리를 조절하여 입사되는 입사빔의 성질과 특성을 결정하기 위한 제1핀홀(353) 및 제2핀홀(354)과,A
상기 제2핀홀의 내부 경계면에서 산란에 의하여 발생하는 노이즈 성분의 산란빔을 제거하기 위한 가드핀홀(355)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.And a
이때, 상기 제1핀홀은 핀홀의 크기를 조정함으로서 선원으로부터 발생된 단일파장 연엑스선에 존재하는 발산에 의한 입사 유동의 정도를 조절하게 된다.At this time, the first pinhole is to adjust the size of the pinhole to adjust the degree of incident flow due to the divergence present in the single wavelength soft X-rays generated from the source.
상기 가드핀홀은 고 해상도의 각 분해능을 유지하기 위하여 입사빔에 최대한 가깝게 설계되고 위치되어야 하지만 메인 입사빔에 닿지 않도록 하여야 한다.The guard pin hole should be designed and positioned as close as possible to the incident beam in order to maintain high resolution angular resolution, but avoid touching the main incident beam.
상기 제2반사거울과 가드핀홀은 함께 움직여 샘플 전체에 대해 충분하게 스캐닝을 할 수 있도록 하여야 한다.The second reflecting mirror and the guard pin hole should be moved together to sufficiently scan the entire sample.
이때, 상기 제2반사거울은 바람직하게는 대상 오브젝트 전체를 스캐닝하기 위하여 상하 방향과 좌우 방향으로 회전할 수 있도록 하고 이에 따라 제2반사거울로부터 가드핀홀을 통과하여 대상 오브젝트에 투사된 단일파장 연엑스선과 대상 오브젝트를 통과한 미세각 산란 패턴이 제2신호검출장치의 중심을 지날 수 있도록 가드핀홀과 신호검출장치가 제2반사거울과 동일하게 이동할 수 있도록 설계하도록 한다.In this case, the second reflecting mirror preferably rotates in the vertical direction and the left and right directions to scan the entire target object, and accordingly passes through the guard pin hole from the second reflecting mirror and is projected onto the target object. In order to allow the micro-angle scattering pattern passing through the target object to pass through the center of the second signal detection device, the guard pin hole and the signal detection device may be designed to move in the same manner as the second reflection mirror.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 단일 파장 연엑스선을 이용한 유방암 진단시스템의 신호검출장치 블록도이다.4 is a block diagram of a signal detection apparatus of a breast cancer diagnosis system using a single wavelength soft x-ray according to an embodiment of the present invention.
도 4에 도시한 바와 같이, 상기 신호검출장치는,As shown in Figure 4, the signal detection device,
마이크로스코피 영상 신호을 검출하기 위한 제2CCD영상센서(420)와,A second
상기 제2CCD영상센서를 제어하고 제2CCD영상센서로부터 마이크로스코피 영상 신호를 입력받아 디지털 데이터로 변환하여 마이크로스코피 영상 데이터를 출력하기 위한 마이크로스코피영상신호획득부(435)와,A microscopic image
미세각 엑스선 산란 패턴을 검출하기 위한 제1CCD영상센서(410)와,A first
상기 제1CCD영상센서를 제어하고 제1CCD영상센서로부터 미세각 산란 패턴을 입력받아 디지털 데이터로 변환하여 미세각 산란 패턴 데이터를 출력하기 위한 미세각산란패턴신호획득부(430)와,A fine angle scattering pattern
상기 미세각산란패턴신호획득부 및 마이크로스코피영상신호획득부의 신호변환 과정에 대한 동기를 제공하기 위한 동기화회로부(440)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.And a
이때, 상기 2CCD영상센서는 2048 X 2048의 해상도를 가지는 200만 화소의 대면적 센서를 사용하게 된다.In this case, the 2CCD image sensor uses a large area sensor of 2 million pixels having a resolution of 2048 X 2048.
이때, 상기 미세각산란패턴신호획득부 및 마이크로스코피영상신호획득부는 상기 제1CCD영상센서 및 제2CCD영상센서에 대하여 구동 클럭과 제어신호를 통하여 제어하며 제1CCD영상센서 및 제2CCD영상센서로부터 입력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 AD컨버터를 구성하게 된다.In this case, the micro-angle scattering pattern signal acquisition unit and the microscopic image signal acquisition unit control the first CCD image sensor and the second CCD image sensor through a driving clock and a control signal and are input from the first CCD image sensor and the second CCD image sensor. An AD converter for converting an analog signal into a digital signal is configured.
상기 동기화회로부는 단일파장 연엑스선이 포커싱된 대상 오브젝트에 대한 스캐닝 위치에 대한 좌표와 신호획득부가 미세각 산란 패턴과 마이크로스코피 영상 신호를 미세각 산란 패턴 데이터와 마이크로스코피 영상 데이터로 변환 시점을 동기화하기 위한 것이다.The synchronization circuit may be configured to synchronize coordinates of a scanning position of a target object focused on a single wavelength soft X-ray and a signal acquisition unit to synchronize a time of converting the micro-angle scattering pattern and the microscopic image signal into the micro-angle scattering pattern data and the microscopic image data. It is for.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 단일 파장 연엑스선을 이용한 유방암 진단시스템의 대상 오브젝트에 대한 스캐닝 방법을 개략적으로 나타낸 예시도이다.5 is an exemplary view schematically illustrating a scanning method for a target object of a breast cancer diagnosis system using a single wavelength soft x-ray according to an embodiment of the present invention.
일반적 영상획득 과정과 달리 미세각산란패턴신호획득부 및 마이크로스코피영상신호획득부가 미세각 산란 패턴과 마이크로스코피 영상 신호를 획득하기 위하여서는 단일파장 연엑스선이 포커싱된 대상 오브젝트에 대한 스캐닝 위치에 대하여 매번 1프레임의 영상 및 패턴 신호를 획득하여야 하며 대상 오브젝트에 대한 스캐닝 위치를 이동하며 이를 반복적으로 수행하고 대상 오브젝트의 전 영역에 대하여 스캐닝을 완료한 후 획득한 전체 프레임 셋을 신호처리 과정을 거침으로서 미세각 산란 패턴 데이터으로부터 미세각 산란 영상과 굴절 영상 및 미세각 패턴 셋을 얻고 마이크로스코피 영상 데이터로부터는 마이크로스코피 영상을 얻게 된다.Unlike the general image acquisition process, in order to acquire the micro-angle scattering pattern signal acquisition unit and the microscopic image signal acquisition unit to obtain the micro-angle scattering pattern and the microscopic image signal, each time the scanning position of the single wavelength soft X-ray is focused on the target object focused. One frame image and pattern signal must be acquired, and the scanning position of the target object is moved and repeatedly performed. The entire frame set obtained after scanning the entire area of the target object is processed by fine signal processing. A micro-angle scattering image, a refraction image, and a micro-angle pattern set are obtained from each scattering pattern data, and a microscopy image is obtained from the microscopy image data.
또한, 미세각 산란 패턴과 마이크로스코피 영상 신호를 획득하기 위하여 각각의 광학부로부터 수직된 방향으로 투사된 단일파장 연엑스선이 대상 오브젝트를 스캐닝하는 과정에서 서로에 대한 양자적 충돌이 발생하여 단일파장 연엑스선의 성질이 변화되거나 대상 오브젝트를 투과하여 출력되는 빔의 굴절각, 등의 물리적 성질이 변화되는 것을 최소화하기 위하여 대상 오브젝트의 전체 부피를 양분하여 미세각 산란 패턴을 획득하기 위한 단일파장 연엑스선은 A 지점에서 시작하면 경로를 따라 A' 지점까지 이동하고 동시에 마이크로스코피 영상 신호를 획득하기 위한 C 지점에서 시작하면 경로를 따라 C' 지점까지 이동하고, 다시 미세각 산란 패턴을 획득하기 위한 단일파장 연엑스선은 B 지점에서 시작하면 경로를 따라 B' 지점까지 이동하고 동시에 마이크로스코피 영상 신호를 획득하기 위한 D 지점에서 시작하면 경로를 따라 D' 지점까지 이동하며 스캐닝을 하게 된다..In addition, in order to acquire the micro-angle scattering pattern and the microscopic image signal, the single wavelength soft X-rays projected from the respective optical parts in the vertical direction scan the target object, resulting in quantum collisions with each other, resulting in single wavelength softening. In order to minimize the change of physical properties such as the angle of refraction of the beam output through the target object or the change of X-rays, the single wavelength soft X-ray for dividing the entire volume of the target object to obtain the micro-angle scattering pattern is A Starting at point, move to point A 'along the path and at the same time point C to acquire the microscopy image signal, start at point C' along the path, and again single-wavelength soft-axes to obtain micro-angle scattering patterns Starts at point B, moves along the path to point B 'and simultaneously Starting from point D to acquire the micro image signal Scorpion moves along a path to D ', and the point is the scanning.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 단일 파장 연엑스선을 이용한 유방암 진단시스템의 신호처리장치 블록도이다.6 is a block diagram of a signal processing apparatus of a breast cancer diagnosis system using a single wavelength soft x-ray according to an embodiment of the present invention.
도 6에 도시한 바와 같이, 상기 신호처리장치는,As shown in Figure 6, the signal processing apparatus,
상기 신호검출장치로부터 전달되는 미세각 산란 패턴 데이터로부터 미세각 산란 영상과 굴절 영상 및 미세각 패턴 셋을 생성하기 위한 미세각산란패턴신호처리부(510)와,A micro-angle scattering
상기 신호검출장치로부터 전달되는 마이크로스코피 영상 데이터로부터 마이크로스코피 영상을 생성하기 위한 마이크로스코피영상신호처리부(520)와,A microscopy
상기 미세각산란패턴신호처리부와 마이크로스코피영상신호처리부로부터 전달 된 미세각 산란 영상과 굴절 영상, 미세각 패턴 셋 및 마이크로스코피 영상을 호스트컴퓨터로 전송하기 위한 데이터전송부(530)와,A
상기 미세각산란패턴신호처리부와 마이크로스코피영상신호처리부 및 데이터 전송부를 제어하는 주제어부(540)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The micro-angle scattering pattern signal processor, a microscopy image signal processor, and a
또한, 정상 유방에서 획득한 미세각 산란 패턴 영상과 비교하여 유방암의 유무를 판단하기 위하여 입력받은 각 프레임에 대한 미세각 산란 패턴 데이터에 대하여 웨이블렛 트랜스폼을 이용하여 웨이블렛 도메인 상의 패턴 영상으로 변환시켜 미세각 산란 패턴 영상을 생성시키는 것을 특징으로 한다.In addition, in order to determine the presence of breast cancer compared to the micro-angle scattering pattern image obtained from the normal breast, the micro-angle scattering pattern data of each input frame is transformed into a pattern image on the wavelet domain using wavelet transform to fine Each scattering pattern image is generated.
상기 미세각산란패턴신호처리부와 마이크로스코피영상신호처리부는,The micro-angle scattering pattern signal processor and the microscopic image signal processor,
스캐닝이 완료될 때까지 입력되는 미세각 산란 패턴 데이터와 마이크로스코피 영상 데이터를 프레임별로 저장하기 위한 대용량 메모리와 고속의 신호 처리 알고리즘을 하드웨어 기반에서 수행하기 위하여 32비트 리스크 구조의 DSP 전용 프로세서와 고속 FPGA를 병렬구조로 연결, 배치하여 처리하는 것을 특징으로 한다.A 32-bit risk-only DSP processor and high-speed FPGA to perform hardware-based high-speed memory and high-speed signal processing algorithms to store micro-angle scattering pattern data and microscopic image data input frame by frame until scanning is completed. It is characterized in that the parallel processing to arrange and arrange.
상기 미세각산란패턴신호처리부는 빔의 강도가 굴절각의 함수로 되어 있는 각 강도 스펙트럼(Angular Intensity Spectrum)으로 표현된 미세각 산란 패턴 데이터를 입력받아 각 강도 스펙트럼으로부터 변화된 위치를 각 픽셀에 대하여 식 1과 같이 계산함으로서 각 프레임에 대한 전체 굴절각을 구하고 전체 프레임에 대하여 프레임별로 각스캐닝 위치에 대한 가중치(Weighting Factor)를 부여하고 식 2의 CLS(Constrained Least-square) 알고리즘을 적용하여 정합함으로서 대상 오브젝트의 질량 밀도(Mass Intensity) 정보를 포함하는 굴절 영상을 생성하게 된다.The micro-angle scattering pattern signal processor receives the micro-angle scattering pattern data represented by the Angular Intensity Spectrum in which the intensity of the beam is a function of the refraction angle. By calculating as follows, the total refraction angle for each frame is obtained, the weighting factor for each scanning position for each frame is given for each frame, and the result is matched by applying the Constrained Least-square (CLS) algorithm of Equation 2. A refractive image including mass intensity information is generated.
이때, 상기 미세각 산란패턴 신호처리장치는 각 프레임에 대하여 간섭적인 산란 방사선에 의하여 형성된 방사선 강도의 분포(식 3)와 같은 미세각 산란 패턴 데이터를 입력 받게 된다. 따라서, 입력받은 각 프레임에 대한 미세각 산란 패턴 데이터는 대상 오브젝트의 전자 밀도 분포에 대한 정규화되지 않은 공간적 분포와 같은 의미를 가진다. 또한, 입력받은 각 프레임에 대한 미세각 산란 패턴 데이터는 웨이블렛 디콤포지션에 의하여 여러 공간 주파수 대역으로 분해되어지더라도 패턴 데이터 내의 특정 피크 영역은 변하지 않는 특성을 가지기 때문에 이산 웨이블렛 트랜스폼을 이용하여 비교 데이터와 상관관계를 효과적으로 연산할 수 있고 웨이블렛 도메인 내에서 에너지 디콤포지션에 의하여 형태적 비교를 정확하게 처리할 수 있다. 따라서, 정상 유방에서 획득한 미세각 산란 패턴 영상과 비교하여 유방암의 유무를 판단하기 위하여 입력받은 각 프레임에 대한 미세각 산란 패턴 데이터에 대하여 식 4와 같은 이산 웨이블렛 트랜스폼을 이용하여 웨이블렛 도메인 상의 패턴 영상으로 변환시켜 미세각 산란 패턴 영상을 생성시키는 것을 특징으로 한다.In this case, the micro-angle scattering pattern signal processing apparatus receives micro-angle scattering pattern data such as a distribution of radiation intensity (Equation 3) formed by coherent scattering radiation for each frame. Therefore, the micro-angle scattering pattern data for each input frame has the same meaning as the non-normalized spatial distribution of the electron density distribution of the target object. In addition, even though the micro-angle scattering pattern data for each input frame is decomposed into various spatial frequency bands by wavelet decomposition, the specific peak region in the pattern data does not change, so it is compared using discrete wavelet transform data. Correlation and correlation can be computed effectively and the morphological comparison can be processed accurately by energy composition within the wavelet domain. Therefore, the pattern on the wavelet domain is obtained by using a discrete wavelet transform as shown in Equation 4 with respect to the micro-angle scattering pattern data of each input frame to determine the presence or absence of breast cancer compared to the micro-angle scattering pattern image obtained from the normal breast. It is characterized by generating a micro-angle scattering pattern image by converting to an image.
이때, 상기 마이크로스코피 영상 신호처리는 입력된 마이크로스코피 영상 데이터로부터 퓨리에 필터링 방식을 이용하여 마이크로스코피 영상을 생성한다. 입력된 마이크로스코피 영상 데이터는 식5와 같이 대상 오브젝트에 대하여 이차원상의 각 스캔위치를 통과한 복소 산란장(Complex Wavefield)에 대한 퓨리에 도메인상의 데이터이며 획득한 복소 산란장과 식 6의 같이 신호검출기 반응함수와 퓨리에 도메인상의 공간 주파수에 의한 연산을 수행한 후 역퓨리에트랜폼에 의하여 영상을 획득할 수 있다.In this case, the microscopic image signal processing generates a microscopic image from the input microscopic image data by using a Fourier filtering method. The input microscopy image data is the Fourier domain data for the complex wavefield passing through each of the two-dimensional scanning positions of the target object as shown in Equation 5, and the obtained complex scattering field and the signal detector response function as shown in Equation 6 After performing an operation based on a spatial frequency on the Fourier domain, an image may be acquired by an inverse Fourier transform.
상기와 같은 구성 및 특성에 의해 일반적으로 사용되는 엑스선의 세기에 비해 약 1/3로 줄어든 피폭량을 가지기 때문에 인체에 전혀 해가 없으며 고해상도의 진단 영상을 획득함으로써, 유방암 조기 진단과 발견의 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.Due to the above-mentioned configuration and characteristics, since the exposure amount is reduced to about one third of the intensity of X-rays generally used, it does not harm the human body at all and acquires high resolution diagnostic images, thereby maximizing the efficiency of early diagnosis and detection of breast cancer. You can do it.
이상에서와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. Those skilled in the art to which the present invention pertains as described above may understand that the present invention may be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. Therefore, the above-described embodiments are to be understood as illustrative in all respects and not restrictive.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the invention is indicated by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the invention. do.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 단일 파장 연엑스선을 이용한 유방암 진단시스템은,As described above, the breast cancer diagnosis system using a single wavelength soft x-ray of the present invention,
일반적으로 사용되는 엑스선의 세기에 비해 약 1/3로 줄어든 피폭량을 가지기 때문에 인체에 전혀 해가 없으며 고해상도의 진단 영상을 획득함으로써, 유방암 조기 진단과 발견의 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.Since the exposure amount is reduced by about one third of the intensity of X-rays, which is generally used, it is harmless to the human body and by obtaining a high resolution diagnostic image, it is possible to maximize the efficiency of early diagnosis and detection of breast cancer.
또한, 미세각 엑스선 산란 패턴과 연엑스선을 이용한 마이크로스코피에 의한 분자 구조 패턴과 영상을 동시에 획득함으로써 정량적 근거를 기반으로 하는 의료 영상을 제공하게 되어 의료 영상 판독에 대한 혁신적인 기술적 진보를 제공하게 된다.In addition, by simultaneously acquiring the microscopic X-ray scattering pattern and the molecular structure pattern and image by microscopy using soft X-rays to provide a medical image based on a quantitative basis, it provides innovative technological advances in medical image reading.
또한, 단일 파장을 가지는 연엑스선을 이용하여 나노 단위 이하의 초미세 영상 기술에 의해 생성된 데이터에 대한 분석 및 영상 재구성을 위한 기술의 근간을 마련하게 되는 효과를 제공하게 된다.In addition, the soft x-ray having a single wavelength provides an effect that provides a basis for a technique for analyzing and reconstructing data generated by an ultra-fine imaging technique of sub-nano units.
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KR1020070064711A KR100784446B1 (en) | 2007-06-28 | 2007-06-28 | Breast cancer diagnosis system using monochromatic soft x-ray |
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Citations (2)
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JPH1020100A (en) * | 1996-07-05 | 1998-01-23 | Nikon Corp | Image forming method, image forming device, and x-ray microscope |
JP2003100497A (en) | 2001-09-26 | 2003-04-04 | Konica Corp | Soft x-ray control device, and breast x-ray radiographic device |
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Patent Citations (2)
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