KR101270002B1 - 임상용 시스템 검출 양자효율 검출 방법 및 그 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 검출기의 성능 평가 뿐만아니라, 환자에서 발생하는 산란선, 엑스선의 투과력 및 선량, 엑스선 발생장치의 특성 등의 임상환경을 반영하여 전체 엑스선 촬영 장치의 정량적인 평가를 함으로서 장비의 유지 및 환자 피폭선량의 최적화를 할 수 있게 한, 시스템 검출 양자 효율(sDQE) 검출 방법과 그 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 시스템은, 시스템 변조전달함수(sMTF) 연산을 위한 에지 검사장치의 영상인 sMTF용 영상과, 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS) 연산을 위한 화이트(White) 영상 및 다크(dark) 영상이 추출되는 이미지 획득부; 조사선량값, 투과력값, 산란선값이 입력되는 키입력부; 상기 이미지 획득부로부터 수신된 sMTF용 영상으로부터 시스템 변조전달함수(sMTF)를 구하며, 상기 이미지 획득부로부터 수신된 화이트(White) 영상 및 다크(dark) 영상으로부터 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS)을 구하고, 상기 시스템 변조전달함수(sMTF)와 상기 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS)를 이용하여 시스템 검출 양자효율를 검출하는 연산처리부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

임상용 시스템 검출 양자효율 검출 방법 및 그 시스템{clinical system detective quantum efficiency method and thereof system}
본 발명은 검출기의 성능 평가 뿐만아니라, 환자에서 발생하는 산란선, 엑스선의 투과력 및 선량, 엑스선 발생장치의 특성 등의 임상환경을 반영하여 전체 엑스선 촬영 장치의 정량적인 평가를 함으로서 장비의 유지 및 환자 피폭선량의 최적화를 할 수 있게 한, 시스템 검출 양자 효율(sDQE) 검출 방법과 그 시스템에 관한 것이다.
진료 X선의 설비에는 규모가 큰 것 또는 기술적으로 숙련을 요하는 조영법 등도 있지만, 일반적으로 진료 X선 장비는 비교적 간단하게 조작할 수 있기 때문에 임상 각 과에서 널리 이용된다.
X선은 진공방전에 있어 음극에서 고속으로 튀어나오는 전자선을 중금속에 충돌시키면 발생하는 파장이 짧은 전자파로, 물체에 대하여 투과도가 매우 강할 뿐아니라 형광작용이 있기 때문에 눈에 보이지 않는 X선을 가시광선으로 바꿀 수도 있다. 또한, X선은 사진작용도 있으므로 사진 필름에 촬영이 가능하며, 투과 X선의 일부는 물질에 흡수되어 감약되기 때문에 물질의 밀도나 두께 등의 변화를 찍어낼수도 있다. 이러한 특성을 이용하여 인체 중의 병변을 발견하는 방법이 X선 검사법이다.
이렇게, X선 검사가 널리 보급됨에 따라, X선 촬영 장치에 대한 성능 개선의 요구가 증가하고 있으며, 이에 따라서, X선 촬영 장치의 성능 개선을 위해 X선 촬영 장치의 성능을 측정할 수 있는 방법이 요구된다.
X선화상시스템의 검출 양자 효율(detective quantum efficiency: DQE)은, 그 시스템이 "입사 한 X선 양자를 얼마나 효율적으로 화상 형성에 이용하고 있는지"를 평가하는 척도로, 입력과 출력의 신호대 잡음비(signal-to noise ratio: S/N)의 제곱의 비로서 정의되며, S/N를 완전히 열화 시키지 않는 "이상적인" 화상 시스템의 DQE는 1이다.
Figure 112012043576596-pat00001
(단, WS(f)는 파워스펙트럼(NNPS), q는 입사X선양자수, MTF는 변조전달함수)
DQE 측정방법에 대한 국제적인 표준은 마련되어 있지만 세부사항에 대해서는 미비한 상태에 있다.
DQE 값은 각기 다른 장치를 평가하기 위하여 IEC(국제전기표준회의)에서 규약하고 있는 선질로 맞추어 피사체 없이 영상을 획득하여 얻어지는 것으로, DQE 값은 엑스선 촬영 장치 중 검출기의 특성 평가에만 국한되어 있다.
일반적으로 변조전달함수(MTF)값과 파워스펙트럼(NNPS)값로부터 DQE를 구하는 것으로, 이에 의한 결과는 임상에서는 맞지 않아, 활용에 어려움이 있다.
따라서, 검출기의 성능 평가 뿐만아니라, 환자에서 발생하는 산란선, 엑스선의 투과력 및 선량, 엑스선 발생장치의 특성 등의 임상환경을 반영하여 전체 엑스선 촬영 장치의 정량적인 평가가 요망된다.
본 발명은 검출기의 성능 평가 뿐만아니라, 환자에서 발생하는 산란선, 엑스선의 투과력 및 선량, 엑스선 발생장치의 특성 등의 임상환경을 반영하여 전체 엑스선 촬영 장치의 정량적인 평가를 함으로서 장비의 유지 및 환자 피폭선량의 최적화를 할 수 있게 한, 시스템 검출 양자 효율(sDQE) 검출 방법과 그 시스템을 제안한다.
또한, 본 발명은, 측정 시 영향을 주는 변수들을 고려한 sDQE 측정방법을 제안하면서, 이에 대한 국제적인 표준 세부사항을 확립하였다. 본 발명이 제안한 sDQE는 실제 임상에서 사용하고 있는 선질을 그대로 사용하여 영상을 획득함으로서 엑스선의 투과력 및 선량에 의한 노이즈 특성 등을 반영하는 것이다.
또한, 본 발명은, 환자를 모사한 팬텀을 이용하여 환자 두께에 의한 엑스선 감약 및 확대, 산란선 발생 등을 고려함으로서 임상 환경에 적합한 영상 평가가를 할 수있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 검출기의 성능 평가 뿐만아니라, 환자에서 발생하는 산란선, 엑스선의 투과력 및 선량, 엑스선 발생장치의 특성 등의 임상환경을 반영하여 전체 엑스선 촬영 장치의 정량적인 평가를 함으로서 장비의 유지 및 환자 피폭선량의 최적화를 할 수 있게 한, 영상용 시스템 검출 양자 효율(sDQE) 검출 방법과 그 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 환자에 의한 영향, 즉 환자 두께에 의한 엑스선 감약 및 확대, 산란선 발생 등을 고려하여 엑스선 촬영 장치로부터 나온 영상을 정량적으로 평가하는 영상용 시스템 검출 양자 효율(sDQE) 검출 방법과 그 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 임상 환경상태에서 영상 화질평가를 시행함으로서 환자에 맞는 최적의 조사 파라미터를 설정할 수 있으며, 이는 AEC(automatic exposure control)를 설계에 적용 가능한 영상용 시스템 검출 양자 효율(sDQE) 검출 방법과 그 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 검출기에 국한되지 않고 전체 시스템에 대한 영상화질평가를 시행함으로써 장비의 유지 및 보수에 기여하며, 최적의 영상 획득과 환자의 피폭선량 경감에 도움이 되는 영상용 시스템 검출 양자 효율(sDQE) 검출 방법과 그 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, GUI로 구현함으로써 복잡한 수학적 과정 등을 누구나 간편하게 사용할 수 있으며, 임상에서 정기적으로 화질평가를 위해 기업체에 의뢰해야 하는 비용과 시간을 절감할 수 있는 영상용 시스템 검출 양자 효율(sDQE) 검출 방법과 그 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기위해, 본 발명의 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 시스템은, 시스템 변조전달함수(sMTF) 연산을 위한 에지 검사장치의 영상인 sMTF용 영상과, 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS) 연산을 위한 화이트(White) 영상 및 다크(dark) 영상이 추출되는 이미지 획득부; 조사선량값, 투과력값, 산란선값이 입력되는 키입력부; 상기 이미지 획득부로부터 수신된 sMTF용 영상으로부터 시스템 변조전달함수(sMTF)를 구하며, 상기 이미지 획득부로부터 수신된 화이트(White) 영상 및 다크(dark) 영상으로부터 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS)을 구하고,상기 시스템 변조전달함수(sMTF)와 상기 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS)를 이용하여 시스템 검출 양자효율를 검출하는 연산처리부; 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 관전압에 따른 광자 유량(photon fluence) 값이 저장되어 있는 메모리부; 상기 연산처리부의 출력신호를 디스플레이하는 디스플레이부;를 더 포함하며, 상기 키입력부와 상기 디스플레이부는 하나의 GUI부로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 시스템은, 시스템 변조전달함수(sMTF) 연산을 위한 에지 검사장치의 영상인 sMTF용 영상과, 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS) 연산을 위한 화이트(White) 영상 및 다크(dark) 영상이 추출되는 이미지 획득부; 이미지 획득부로부터 수신된 sMTF용 영상으로부터 시스템 변조전달함수(sMTF)를 검출하는 sMTF 측정부; 이미지 획득부로부터 수신된 화이트(White) 영상 및 다크(dark) 영상으로부터 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS)을 검출하는 sNNPS 측정부; 관전압 및 엑스레이 발생기의 타겟물질, 필터물질 및 두께를 확인하여 사용되는 관전압의 에너지 스펙트럼을 도출하고, 관전압의 에너지 스펙트럼을 이용하여 광자 유량(photon fluence)을 검출하는 광자 유량 측정부; sMTF 측정부로부터 수신된 시스템 변조전달함수(sMTF)와, sNNPS 측정부로부터 수신된 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS)과, 광자 유량 측정부로부터 수신된 광자 유량을 이용하여 시스템 검출 양자효율(sDQE)를 검출하는 sDQE 연산부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
시스템 검출 양자효율(sDQE(f'))은
Figure 112012043576596-pat00002
(단, SF는 산란선, TF는 투과력, K는 조사선량, q는 광자 유량(Photon fluence)임)
에 의해 구하여진다.
광자 유량(q)은
Figure 112012043576596-pat00003
(단, X는 조사선량이며, ф(E)는 측정하고자 하는 관전압의 에너지스펙트럼이고, E는 측정하고자 하는 관전압이며, μen(E)/ρ는 질량에너지 감약계수임)
에 의해 구하여진다.
본 발명은, 이온쳄버를 이용하여 검출기에 입사한 선량을 mR단위로 측정하는 조사선량측정부; 이온쳄버를 이용하여, 인체팬텀이 있을때 검출기에 입사한 선량과, 인체팬텀이 없을때 검출기에 입사한 선량을 측정하여, 투과력으로서, 인체팬텀이 있을때 검출기에 입사한 선량을, 인체팬텀이 없을때 검출기에 입사한 선량으로, 나눈값을 검출하는 투과력측정부; 빔스톱 어레이(Beam stop array)를 인체팬텀의 표면에 놓고 조사하여 획득한 영상으로부터 빔스톱이 있는 곳과 빔스톱이 없는 곳의 픽셀값의 비로 산란선을 검출하는 산란선측정부;를 더 포함할 수 있다.
이미지 획득부에서, sMTF용 영상은, 검출기 앞에 인체팬텀을 위치키고, 상기 인체팬텀의 표면 위에 에지 검사장치를 올려놓고, 상기 에지 검사장치의 이미지를 획득한 것이며, 화이트(White) 영상은, 검출기 앞에 인체팬텀을 위치시켜 획득한 이미지이며, 다크(dark) 영상은, 엑스선 발생기 앞에 납판을 장착하여 획득한 이미지이다.
sMTF용 영상은 2분 이상의 간격으로 획득된 5장의 영상으로 이루어지며, 화이트(White) 영상은 2분 이상의 간격으로 획득된 4장의 영상으로 이루어지며, 다크(dark) 영상은 2분 이상의 간격으로 획득된 4장의 영상으로 이루어질 수 있다.
sMTF 측정부는, 이미지 획득부로부터 다수 장의 영상으로 이루어진 sMTF용 영상을 수신하여 평균하여 한 장의 sMTF용 영상을 생성하고, 평균된 sMTF용 영상에서 관심영역(ROI)을 설정하며, 관심영역(ROI)에서 에지를 따라 일정 구간을 반복적으로 설정하여 픽셀의 값들을 나열하여 시스템 에지 확산 함수(sESF)를 구하는 sESF 획득부; sESF 획득부로부터 수신된 시스템 에지 확산 함수(sESF)를 미분하여 시스템 선 확산 함수(sLSF)를 획득하여, 정규화(normalization)하는 sLSF 연산부; sLSF 연산부로부터 수신된 시스템 선 확산 함수(sLSF)를 푸리에변환하여, 복합 시스템 에지 확산 함수(Composite sESF)의 유효 픽셀 간격을 계산하고, 인체팬텀에 의한 확대도를 계산하고, 얻어진 확대도를 이용하여 주파수를 보정하여 이를 시스템 변조전달함수(sMTF)로서 획득하며, 획득된 시스템 변조전달함수(sMTF)로부터 0.05 cycles/mm 간격을 갖는 주파수로 보간을 행하는 sMTF 연산부;를 포함하여 이루어진다.
sNNPS 측정부, 이미지 획득부로부터 4개의 화이트(white) 영상과 4개의 다크 영상을 수신하며, 수신된 4장의 화이트 영상의 가운데 영역에 640×640 매트릭스 크기로 관심영역(ROI)을 설정하여 자르고, 생성된 화이트 영상의 관심영역(ROI) 영상을, 오버랩핑(overlapping) 방법으로 세부 관심영역(sub_ROI)을 256×256 매트릭스 크기로 총 16개의 영상으로 분할하는 ROI추출부; ROI추출부에서 출력된 16장의 각각의 세부 관심영역(sub_ROI)의 화이트 영상들에서 각 화이트 영상의 평균값을 차감한 후 푸리에 변환을 행하여, 시스템 잡음 파워 스펙트럼(sNPS)을 구하며, 이미지 획득부로부터 수신된 4장의 다크 영상을 가운데 영역에 640×640 매트릭스 크기로 관심영역(ROI)를 설정하여 잘라, 관심영역(ROI)만으로 이루어진 4장의 다크 영상을 평균하여 한 장의 평균된 다크 영상을 생성하고, 화이트 영상도 관심영역(ROI)만으로 이루어진 4장의 화이트 영상을 평균하여 평균된 화이트 영상을 생성하며, 평균된 화이트 영상에서 평균된 다크 영상을 차감한 영상의 평균값의 제곱으로, 상기 시스템 잡음 파워 스펙트럼(sNPS)을 나누어, 정규화하여, 2차원 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(2D sNNPS)을 획득하는 2D sNNPS연산부; 주파수 상에서 중심을 지나는 수직축인 V축과 중심을 지나는 수평축인 u축을 기준으로 나누어 생성된 4개의 면을 한 장으로 평균하며, u축 상의 위 4줄을 추출하여 1차원 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(1D sNNPS)를 획득하며, 인체팬텀에 의한 확대도를 계산하여, 구하여진 인체팬텀에 의한 확대도에 의해 주파수를 보정한 후, 0.05 cycles/mm 간격을 갖는 주파수로 보간하는 1D sNNPS연산부;를 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명의 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 방법은, 이미지획득부에서 시스템 변조전달함수(sMTF) 연산을 위한 에지 검사장치의 영상인 sMTF용 영상과, 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS) 연산을 위한 화이트(White) 영상 및 다크(dark) 영상이 추출되는 이미지 획득단계; 키입력부에서 입력된 조사선량값, 투과력값, 산란선값이 연산처리부로 전송되는 키입력단계; 연산처리부에서, 상기 이미지 획득부로부터 수신된 sMTF용 영상으로부터 시스템 변조전달함수(sMTF)를 구하며, 상기 이미지 획득부로부터 수신된 화이트(White) 영상 및 다크(dark) 영상으로부터 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS)을 구하고, 상기 시스템 변조전달함수(sMTF)와 상기 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS)를 이용하여 시스템 검출 양자효율를 검출하는 연산처리단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
광자 유량은 메모리부에 기 저장된 관전압에 따른 광자 유량(photon fluence) 값으로부터 설정될 수 있다.
또한, 본 발명의 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 방법은, 시스템 변조전달함수(sMTF) 연산을 위한 에지 검사장치의 영상인 sMTF용 영상과, 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS) 연산을 위한 화이트(White) 영상 및 다크(dark) 영상이 추출되는 이미지 획득단계; 이미지 획득단계로부터 수신된 sMTF용 영상으로부터 시스템 변조전달함수(sMTF)를 검출하는 sMTF 측정단계; 이미지 획득단계로부터 수신된 화이트(White) 영상 및 다크(dark) 영상으로부터 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS)을 검출하는 sNNPS 측정단계; 관전압 및 엑스레이 발생기의 타겟물질, 필터물질 및 두께를 확인하여 사용되는 관전압의 에너지 스펙트럼을 도출하고, 관전압의 에너지 스펙트럼을 이용하여 광자 유량(photon fluence)을 검출하는 광자 유량 측정단계; sMTF 측정부로부터 수신된 시스템 변조전달함수(sMTF)와, sNNPS 측정부로부터 수신된 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS)과, 광자 유량 측정부로부터 수신된 광자 유량을 이용하여 시스템 검출 양자효율(sDQE)를 검출하는 sDQE 연산단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
조사선량은, 이온쳄버를 이용하여 검출기에 입사한 선량을 mR단위로 측정하며, 투과력은, 이온쳄버를 이용하여, 인체팬텀이 있을때 검출기에 입사한 선량과, 인체팬텀이 없을때 검출기에 입사한 선량을 측정하고, 인체팬텀이 있을때 검출기에 입사한 선량을, 인체팬텀이 없을때 검출기에 입사한 선량으로, 나눈값이며, 산란선은, 빔스톱 어레이(Beam stop array)를 인체팬텀의 표면에 놓고 조사하여 획득한 영상으로부터 빔스톱이 있는 곳과 빔스톱이 없는 곳의 픽셀값의 비로 산란선을 검출된다.
이미지 획득단계에서, sMTF용 영상은, 검출기 앞에 인체팬텀을 위치키고, 상기 인체팬텀의 표면 위에 에지 검사장치를 올려놓고, 상기 에지 검사장치의 이미지를 획득한 것이며, 화이트(White) 영상은, 검출기 앞에 인체팬텀을 위치시켜 획득한 이미지이며, 다크(dark) 영상은, 엑스선 발생기 앞에 납판을 장착하여 획득한 이미지이다.
sMTF 측정단계는, 이미지 획득단계로부터 다수 장의 영상으로 이루어진 sMTF용 영상을 수신하여 평균하여 한 장의 sMTF용 영상을 생성하고, 평균된 sMTF용 영상에서 관심영역(ROI)을 설정하며, 관심영역(ROI)에서 에지를 따라 일정 구간을 반복적으로 설정하여 픽셀의 값들을 나열하여 시스템 에지 확산 함수(sESF)를 구하는 sESF 획득단계; sESF 획득단계로부터 수신된 시스템 에지 확산 함수(sESF)를 미분하여 시스템 선 확산 함수(sLSF)를 획득하여, 정규화(normalization)하는 sLSF 연산단계; sLSF 연산단계로부터 수신된 시스템 선 확산 함수(sLSF)를 푸리에변환하여, 복합 시스템 에지 확산 함수(Composite sESF)의 유효 픽셀 간격을 계산하고, 인체팬텀에 의한 확대도를 계산하고, 얻어진 확대도를 이용하여 주파수를 보정하여 이를 시스템 변조전달함수(sMTF)로서 획득하며, 획득된 시스템 변조전달함수(sMTF)로부터 0.05 cycles/mm 간격을 갖는 주파수로 보간을 행하는 sMTF 연산단계;를 포함하여 이루어진다.
sNNPS 측정단계는, 이미지 획득단계로부터 4개의 화이트(white) 영상과 4개의 다크 영상을 수신하며, 수신된 4장의 화이트 영상의 가운데 영역에 640×640 매트릭스 크기로 관심영역(ROI)을 설정하여 자르고, 생성된 화이트 영상의 관심영역(ROI) 영상을, 오버랩핑(overlapping) 방법으로 세부 관심영역(sub_ROI)을 256×256 매트릭스 크기로 총 16개의 영상으로 분할하는 ROI추출단계; ROI추출단계에서 출력된 16장의 각각의 세부 관심영역(sub_ROI)의 화이트 영상들에서 각 화이트 영상의 평균값을 차감한 후 푸리에 변환을 행하여, 시스템 잡음 파워 스펙트럼(sNPS)을 구하며, 이미지 획득부로부터 수신된 4장의 다크 영상을 가운데 영역에 640×640 매트릭스 크기로 관심영역(ROI)를 설정하여 잘라, 관심영역(ROI)만으로 이루어진 4장의 다크 영상을 평균하여 한 장의 평균된 다크 영상을 생성하고, 화이트 영상도 관심영역(ROI)만으로 이루어진 4장의 화이트 영상을 평균하여 평균된 화이트 영상을 생성하며, 평균된 화이트 영상에서 평균된 다크 영상을 차감한 영상의 평균값의 제곱으로, 상기 시스템 잡음 파워 스펙트럼(sNPS)을 나누어, 정규화하여, 2차원 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(2D sNNPS)을 획득하는 2D sNNPS연산단계; 주파수 상에서 중심을 지나는 수직축인 V축과 중심을 지나는 수평축인 u축을 기준으로 나누어 생성된 4개의 면을 한 장으로 평균하며, u축 상의 위 4줄을 추출하여 1차원 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(1D sNNPS)를 획득하며, 인체팬텀에 의한 확대도를 계산하여, 구하여진 인체팬텀에 의한 확대도에 의해 주파수를 보정한 후, 0.05 cycles/mm 간격을 갖는 주파수로 보간하는 1D sNNPS연산단계;를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 방법에 대한 컴퓨터 프로그램 소스를 저장한 기록매체를 특징으로 한다.
본 발명의 영상용 시스템 검출 양자 효율(sDQE) 검출 방법과 그 시스템에 의하면, 검출기의 성능 평가 뿐만아니라, 환자에서 발생하는 산란선, 엑스선의 투과력 및 선량, 엑스선 발생장치의 특성 등의 임상환경을 반영하여 전체 엑스선 촬영 장치의 정량적인 평가를 함으로서 장비의 유지 및 환자 피폭선량의 최적화를 할 수 있다.
또한, 본 발명은 환자에 의한 영향, 즉 환자 두께에 의한 엑스선 감약 및 확대, 산란선 발생 등을 고려하여 엑스선 촬영 장치로부터 나온 영상을 정량적으로 평가할 수 있으며, 임상 환경에 적합한 평가가 가능하다.
또한, 본 발명은 임상 환경상태에서 영상 화질평가를 시행함으로서 환자에 맞는 최적의 조사 파라미터를 설정할 수 있으며, 이는 AEC를 설계에 적용 가능하도록 이루어져, 임상에 사용되는 실질적인 상태의 검사가 가능하며, 제어도 편리하게 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은 검출기에 국한되지 않고 전체 시스템에 대한 영상화질평가를 시행함으로써 장비의 유지 및 보수에 기여하며, 최적의 영상 획득과 환자의 피폭선량 경감에 도움된다.
또한, 본 발명은 GUI로 구현함으로써 복잡한 수학적 과정 등을 누구나 간편하게 사용할 수 있으며, 임상에서 정기적으로 화질평가를 위해 기업체에 의뢰해야 하는 비용과 시간을 절감할 수 있다.
또한 본 발명은 국내 디지털 X선 영상장치의 성능향상을 위한 데이터베이스로 이용될 수 있으며, 국내 디지털 X선 영상장치의 산업화 및 기술개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
특히, 종래의 엑스선 촬영장치의 정량적인 평가지표가 되는 DQE(detective quantum efficiency)는 엑스선 촬영장치 중 오직 검출기의 성능 평가에만 국한되어 있다. 임상환경을 반영하여 전체 엑스선 촬영장치의 정량적인 평가를 함으로서 장비의 유지 및 환자 피폭 선량의 최적화를 할 수 있다. 그러나, 본 발명의 sDQE(ststem detective quantum efficiency)는 검출기의 특성뿐 아니라 환자에서 발생하는 산란선, 엑스선의 투과력 및 선량, 엑스선 발생장치의 특성 등을 반영하며, 사용자의 편리성을 도모하기 위하여 독립된 응용프로그램으로 구현된다.
도 1은 본 발명의 영상용 시스템 검출 양자효율(sDQE) 검출 방법 및 그 시스템의 구성을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 2는 도 1의 이미지 획득부(100)에서 시스템 변조전달함수 연산을 위한 이미지를 획득하는 방법을 설명하는 설명도이다.
도 3은 도 1의 sNNPS 측정부에서 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼 연산을 위한 이미지를 획득하는 방법을 설명하는 설명도이다.
도 4는 본 발명의 시스템 에지 확산 함수(sESF) 획득부에서 복합 시스템 에지 확산 함수(Composite sESF)획득을 위한 영상 메트릭스에서의 나열방법을 설명하는 설명도이다.
도 5는 도 1의 이미지 획득부(100)에서 시스템 변조전달함수 연산을 위한 이미지를 획득시에 에지 검사장치의 기울어진 각도를 설명하는 설명도이다.
도 6은 본 발명의 sNNPS 측정 과정중에서 세부 관심영역(sub_ROI)을 설정하기 위한 오버랩핑 방법의 모식도이다.
도 7은 1D sNNPS 연산 과정의 설명을 위한 주파수상의 2D NNPS이다.
도 8. 미국국립 표준기술연구소에서 기술하고 있는 공기에 대한 질량-에너지 감약계수이다,
도 9a는 본 발명에서 에너지 스펙트럼을 구하기 위한 프로그램의 일예이ㄷk.
도 9b는 본 발명에서 에너지 스펙트럼을 구하기 위한 프로그램의 다른 일예이다.
도 10은 본 발명은 영상용 시스템 검출 양자효율(sDQE) 검출 방법의 흐름도이다.
도 11a은 GUI형식으로 이루어져, 본 발명에 의해 도출된 sDQE 등의 결과를 출력하는 창의 일예이다.
도 11b는 본 발명의 다른 일실시예에 의한 영상용 시스템 검출 양자효율(sDQE) 검출 시스템의 구성을 개략적으로 설명하기 위한 블럭도
도 12는 본 발명의 흉부팬텀의 일예이다.
도 13은 본 발명의 복부팬텀의 일예이다.
도 14는 본 발명의 유방팬텀의 일예이다.
도 15는 본 발명에서 성인용 흉부팬텀을 이용한 관전압별 sMTF를 나타낸 그래프이다.
도 16은 본 발명에서 성인용 흉부팬텀을 이용한 관전압별 sDQE를 나타낸 그래프이다.
도 17은 본 발명에서, 소아용 흉부팬텀을 이용한 관전압별 및 초점-검출기간 거리에 따른 sDQE 결과값과 standard DQE를 비교하기위한 그래프이다.
이하, 본 발명의 일실시예에 의한 영상용 시스템 검출 양자효율(sDQE) 검출 방법 및 그 시스템의 구성 및 동작을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 영상용 시스템 검출 양자효율(sDQE) 검출 방법 및 그 시스템의 구성을 개략적으로 설명하기 위한 블럭도로, 이미지 획득부(100), 시스템 변조전달함수(sMTF) 측정부(200), sNNPS 측정부(300), Photon fluence 측정부(400), 조사선량측정부(510), 투과력측정부(520), 산란선측정부(530), sDQE 연산부(550)를 포함하여 이루어진다.
이미지 획득부(100)는 시스템 변조전달함수(system modulation transfer function)(이하, sMTF라 함) 연산을 위한 에지 검사장치(edge test device)(130)의 이미지인 제1이미지를 획득하며, 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(system normalized noise power spectra)(이하 sNNPS라 함)연산을 위한 White 영상(제2이미지)과 dark영상(제3이미지)을 획득한다.
시스템 변조전달함수(sMTF) 연산을 위한 에지 검사장치(130)의 이미지인 제1이미지를 획득할 때에는 이미지 획득시, 초점-검출기간거리(focus-to-detector distance, FDD)를 임상에서 사용하고 있는 각 부위별 촬영에 따라 적정한 거리로 위치시키되, 검출기(160) 앞에 평가할 목적에 맞는 인체팬텀(140)을 위치시키고, 인체팬텀의 앞에 에지 검사장치(130)를 위치시켜, 에지 검사장치(130)의 이미지(제1이미지)를 획득한다.
시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS) 연산을 위한 White 영상(제2이미지)와 dark영상(제3이미지)을 획득할 때에는 초점-검출기 간 거리(FDD)를 임상에서 사용하고 있는 각 부위별 촬영에 따라 적정한 거리로 위치시키며, 검출기(160) 앞에 평가할 목적에 맞는 인체팬텀(140)을 위치시키며, 임상에서 사용하는 촬영조건(Ex)으로 조사하여 White 영상(제2이미지)과 dark영상(제3이미지)를 촬영한다.
sMTF측정부(200)는 이미지 획득부(100)로부터 제1이미지(sMTF 연산을 위한 에지 검사장치(130)의 이미지)를 수신하여, 연산처리를 통해 시스템 변조전달함수(sMTF)를 생성한다. 시스템 에지 확산 함수 (system edge spread function)(이하 sESF라 함)획득부(220), 시스템 선 확산 함수(system line spread function) (이하, sLSF이라 함)연산부(240), 시스템 변조전달함수(sMTF)연산부(260)를 포함한다.
시스템 에지 확산 함수(sESF)획득부(220)는 이미지 획득부(100)로부터 수신된 5장의 영상을 평균하여 한 장의 영상을 획득하고, 이렇게 획득된 영상에서 에지 검사장치(130)가 있는 곳에 관심영역(region of interest, ROI)을 설정하여 적정한 크기로 잘르며, 이렇게 설정된 관심영역(ROI)에서 에지를 따라 일정 구간(ESF 검출용 구간)을 반복적으로 설정하여 픽셀의 값들을 나열하여 ESF를 획득한다.
시스템 선 확산 함수(sLSF) 연산부(240)는 sESF획득부(220)로부터 수신된 ESF를 미분하여 LSF를 획득하고, 획득된 LSF를 정규화(normalization) 한다.
시스템 변조전달함수(sMTF) 연산부(260)는 sLSF 연산부(240)로부터 수신된 LSF를 푸리에변환(Fourier transform)하고, 복합 시스템 에지 확산 함수(Composite sESF)의 유효 픽셀 간격을 계산하고, 인체팬텀에 의한 확대도를 계산하고, 얻어진 확대도를 이용하여 주파수를 보정하여 이를 시스템 변조전달함수(sMTF)로서 획득하며, 획득된 sMTF로부터 0.05 cycles/mm 간격을 갖는 주파수로 보간을 행한다.
시스템 정규화된 잡음파워 스펙트럼(sNNPS) 측정부(300)는 이미지 획득부(100)로부터 White 영상(제2이미지)과 dark영상(제3이미지)(즉, sNNPS 연산을 위한 White 영상과 dark영상)을 수신하여, 2D sNNPS와 1D sNNPS를 연산한다. sNNPS 측정부(300)는 ROI추출부(320), 2D sNNPS연산부(340), 1D sNNPS연산부(360)를 포함하여 이루어진다.
ROI추출부(320)는 이미지 획득부(100)로부터 수신된 4장의 화이트(white) 영상의 가운데 영역에 640×640 매트릭스 크기로 관심영역(ROI)을 설정하여 자르고, 이렇게 잘라서 생성된 화이트 영상의 ROI의 영상을, 정확도를 높이기위하여, 오버랩핑(overlapping) 방법으로 세부 관심영역(sub_ROI)를 256×256 매트릭스 크기로 총 16개의 영상으로 분할한다.
2D sNNPS연산부(340)는 ROI추출부(320)에서 출력된 16장의 각각의 세부 관심영역(sub_ROI)의 화이트 영상들에서 각 화이트 영상의 평균값을 차감한 후 푸리에 변환(수학식 4)을 행하여, 시스템 잡음 파워 스펙트럼(sNPS)을 구한다. 또한, 이미지 획득부(100)로부터 수신된 4장의 다크(Dark) 영상의 가운데 영역에 640×640 매트릭스 크기로 관심영역(ROI)를 설정하여 자르며, 이렇게 하여 관심영역(ROI)만을 나타내는 4장의 다크 영상을 평균하여 한 장(즉, 평균된 다크 영상)으로 만들고, 같은 방식으로, 화이트 영상도 평균된 화이트 영상을 만든다. 그리고 평균된 화이트 영상에서 평균된 다크 영상을 차감한 영상의 평균값의 제곱으로, 앞서 획득된 시스템 잡음 파워 스펙트럼(sNPS)을 나누어, 즉 정규화하여, 2차원 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(2D sNNPS)을 획득한다.
1D sNNPS연산부(360)는, 주파수 상에서 V축과 u축을 기준으로 나누고, 4개의 면을 한 장으로 평균하며, u축 상의 위 4줄을 추출하여 1차원 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(1D sNNPS)를 획득한다. 인체팬텀에 의한 확대도를 수학식 2에 의해 계산하여 도출된 주파수를 후술되는 수학식3을 이용하여 보정한다. 획득된 sNNPS는 sDQE를 계산하기 위하여 0.05 cycles/mm 간격을 갖는 주파수로 보간한다.
광자 유량(Photon fluence)측정부(400)는 광자 유량(photon fluence)을 검출하기위한 수단으로, 에너지감약계수 추출부(420), 에너지 스펙트럼 추출부(440), 광자 유량(Photon fluence) 연산부(460)를 포함하여 이루어진다.
에너지 감약계수 추출부(420)는 미국국립 표준기술연구소에서 기술하고 있는 공기에 대한 질량에너지 감약계수 데이터베이스에서 에너지 감약계수를 추출하고, 추출된 에너지 감약계수를 임상의 진단영역에서 사용하는 관전압에 맞는 값으로 보간(interpolation) 한다.
에너지 스펙트럼 추출부(440)는 임상에서 사용하는 관전압 및 엑스레이 발생기의 타겟물질, 필터물질 및 두께를 확인하여 사용되는 관전압의 에너지 스펙트럼을 도출하고, 도출된 스펙트럼은 0.5 kV 간격으로 보간(interpolation) 한다.
광자 유량(photon fluence) 연산부(460)는 광자 유량(photon fluence)을 후술되는 수학식 5에 의해 구한다.
조사선량측정부(510)는 임상에서 사용하는 촬영조건(Ex)으로 조사하여 이온쳄버를 이용하여 검출기에 입사한 선량을 mR단위로 측정한다.
투과력측정부(520)는, 이온쳄버를 이용하여, 인체팬텀이 있을때 검출기에 입사한 선량과, 인체팬텀이 없을때 검출기에 입사한 선량을 측정하여, 투과력으로서, 인체팬텀이 있을때 검출기에 입사한 선량을, 인체팬텀이 없을때 검출기에 입사한 선량으로, 나눈값(즉, (인체팬텀이 있을때 검출기에 입사한 선량)/(인체팬텀이없을때 검출기에 입사한 선량))을 구한다.
산란선측정부(530)는 임상에서 사용하는 촬영조건 (Ex)의 3배(Ex×3)로 관전류×시간(mA×second, mAs)을 조절하여 조사하며, 빔스톱 어레이(Beam stop array)를 인체팬텀의 표면에 놓고 조사하여, 5장의 영상을 획득한다. 획득된 5장의 영상을 평균하여 한장으로 만들고, 빔스톱(Beam stop)이 있는 곳과 없는 곳의 픽셀값의 비로 산란선을 측정한다.
본 발명에서, sMTF 측정부(200), sNNPS 측정부(300), Photon fluence 측정부(400), sDQE 연산부(550)는 연산처리부(50)로 이루어질 수 있다. 연산처리부(50)는 마이크로프로세서, 컴퓨터, 마이크로컨트롤러 중의 하나로 이루어질 수 있다.
조사선량측정, 투과력측정, 산란선측정은 단순 측정할 수 있는 것으로써, 조사선량측정부(510), 투과력측정부(520), 산란선측정부(530)는 제외될 수 있으며, 별도로 측정하여 연산처리부(50)로 입력하도록 이루어질 수 있다.
이하, 본 발명의 영상용 시스템 검출 양자효율(sDQE) 검출 방법을 구체적으로 설명한다.
우선, 이미지 획득부(100)에서 이미지를 획득하는 방법을 설명한다.
도 2는 도 1의 이미지 획득부(100)에서 시스템 변조전달함수 연산을 위한 이미지를 획득하는 방법을 설명하는 설명도이다.
시스템 변조전달함수(sMTF) 연산을 위한 에지 검사장치(edge test device)(130)의 이미지를 획득한다.
초점-검출기 간 거리(focus-to-detector distance, FDD)를 임상에서 사용하고 있는 각 부위별 촬영에 따라 적정한 거리로 위치시킨다.
검출기 앞에 평가할 목적에 맞는 인체팬텀(140)을 위치시킨다. 인체팬텀(140)은 국제규약에 따라 제작할 수 있으며, 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate, PMMA)와 알루미늄으로 구성된 팬텀들은 저렴한 가격으로 제작될 수 있다.
인체팬텀(140)의 표면위에 에지 검사장치(130)를 올려놓고 임상에서 사용하는 촬영조건(Ex)의 3배(Ex×3)로 관전류×시간(mA×second, mAs)을 조절하여 조사한다. 에지 검사장치(130)는 정확도를 높이기 위하여 더 많은 샘플링(sampling)을 위하여 검출기의 가운데 수직방향에 대해서 2~3도 정도 기울여 위치시킨다.
2분 이상의 간격의 5장의 영상을 획득한다.
도 3은 도 1의 sNNPS 측정부에서 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼 연산을 위한 이미지를 획득하는 방법을 설명하는 설명도이다.
시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS)연산을 위한 이미지를 획득한다.
초점-검출기 간 거리(FDD)를 임상에서 사용하고 있는 각 부위별 촬영에 따라 적정한 거리로 위치시킨다.
검출기 앞에 평가할 목적에 맞는 인체팬텀을 위치시킨다. 인체팬텀은 국제규약에 따라 제작할 수 있으며, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)와 알루미늄으로 구성된 팬텀들은 저렴한 가격으로 제작가능하다.
임상에서 사용하는 촬영조건(Ex)으로 조사한다.
2분 이상의 간격으로 4장의 white 영상(엑스선이 들어간 영상)을 획득한다.
엑스선 발생기 앞에 엑스선을 완벽하게 막을 수 있는 두께의 납을 장착하여 dark영상 (엑스선이 들어가지 않은 영상)을 획득한다. White 영상과 동일하게 2분이상의 간격으로 4장을 획득한다.
다음은 sMTF측정부(200)에서의 시스템 변조전달함수(sMTF) 생성 과정에 대해서 설명한다.
우선, 시스템 에지 확산 함수(sESF) 획득단계를 설명한다.
도 4는 본 발명의 시스템 에지 확산 함수(sESF) 획득부에서 복합 시스템 에지 확산 함수(Composite sESF)획득을 위한 영상 메트릭스에서의 나열방법을 설명하는 설명도로, 도 4의 (a)는 관심영역(ROI)을 설정하여 적정한 크기로 자른 영상이며, 도 4의 (b)는 에지 확산 함수를 획득하기 위하여, 도 4의 (a)의 영상에서 에지(edge)를 따라 일정 구간을 설정하며, 도 4의 (c)는 도 4의 (b)에서 설정된 일정구간에서 ESF를 획득하는 것을 설명한다.
평균 영상 획득단계로, sESF획득부(220)는, 이미지 획득부(100)로부터 수신된 5장의 영상을 평균하여 한 장의 영상을 획득한다. 여기서 5장의 영상은 설명의 편이상 사용한 것으로써, 이로써 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다.
관심영역 설정단계로, 평균 영상 획득단계에서 출력된 영상으로부터, 에지 검사장치(130)가 있는 곳에 관심영역(region of interest, ROI)을 설정하여 적정한 크기로 영상을 자른다(도 4의 (a) 참조).
sESF 획득단계로, 복합 시스템 에지 확산 함수(Composite sESF)를 획득하기 위하여 관심영역 설정단계에서 출력된 영상 중 에지(edge)를 따라 일정구간을 반복적으로 선택하여, 그 선택된 구간에서 도 4의 (c)와 같은 순서로 픽셀의 값들을 나열하여 ESF를 획득한다.
다음은 시스템 선 확산 함수(sLSF) 연산과정에 대해 설명한다.
LSF 생성단계로, 시스템 선 확산 함수(sLSF) 연산부(240)는, 시스템 에지 확산 함수(sESF) 획득단계의 sESF획득단계에서 생성된 sESF를 미분하여 LSF를 생성한다.
LSF 생성단계에서 생성된 LSF를 정규화하며, 이를 sLSF라 한다.
다음은 시스템 변조전달함수(sMTF)연산과정에 대해 설명한다.
LSF의 푸리에 변환단계로, sMTF연산부(260)는 sLSF 연산부(240)로부터 수신된 LSF를 푸리에변환(Fourier transform)한다.
유효 픽셀 간격계산단계로, 주파수를 계산하기 위하여 복합 시스템 에지 확산 함수(Composite sESF)의 유효 픽셀 간격을 계산한다. 주파수는 유효픽셀간격의 역수로 구한다.
유효픽셀 간격은 수학식1을 통해 구하여진다.
Figure 112012043576596-pat00004
여기서 tanθ는 도 5에서와 같이 에지 검사장치(130)와 검출기(160)의 수직면과의 이루는 각도는 나타낸다. 이 각도는 라돈 변환(randon transform) 함수를 이용하여 정확한 각도를 도출하게 된다.
주파수 보정단계로, 인체팬텀에 의한 확대도를 수학식 2에 의해 계산하고, 얻어진 확대도를 이용하여 수학식3에 의해 주파수를 보정한다. 이렇게 보정된 결과를 본 발명에서는 sMTF라 한다.
Figure 112012043576596-pat00005
Figure 112012043576596-pat00006
sMTF 보간단계로, 획득된 sMTF로부터 sDQE를 계산하기 위하여 0.05 cycles/mm 간격을 갖는 주파수로 보간(interpolation) 행한다.
다음은 sNNPS 측정부(300)에서의 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS) 측정 과정에 대해서 설명한다.
sNNPS 측정 과정중, ROI추출 단계를 설명한다.
화이트 영상의 ROI 설정단계로, ROI추출부(320)는 이미지 획득부(100)로부터 수신된 4장의 화이트(white) 영상의 가운데 영역에 640×640 매트릭스 크기로 관심영역(ROI)을 설정하여 자른다.
세부 관심영역 설정단계로, 화이트 영상의 ROI를 설정단계에서 출력된 영상을, 정확도를 높이기위하여, 도 6과 같이, 오버랩핑(overlapping) 방법으로 세부 관심영역(sub_ROI)를 256×256 매트릭스 크기로 총 16개의 영상으로 분할한다.
다음은 sNNPS 측정 과정중, 2D(dimensional) sNNPS 연산 과정에 대해서 설명한다.
세부 관심영역의 sNPS연산단계로, 2D sNNPS연산부(340)는 수학식 4를 이용하여 ROI추출부(320)에서 출력된 16장의 각각의 세부 관심영역(sub_ROI)의 화이트 영상 (I(x,y))들에서 각 화이트 영상의 평균값(S(x,y))을 차감한 후 푸리에 변환을 행하여, 시스템 잡음 파워 스펙트럼(system noise power spectra)(이하, sNPS라 함)을 구한다.
Figure 112012043576596-pat00007
여기서, I(xi, yj)는 세부 관심영역(sub_ROI) 영상을 말하며, S(xi, yj)는 각 세부 관심영역(sub_ROI)이 갖는 픽셀 값들의 평균을 말한다. ΔX와 Δy는 픽셀의 크기를 말하며, Nx와 Ny는 픽셀의 개수를 말하며, 그리고 M은 영상의 개수를 말한다. 본 발명에는 설명의 편의상, Nx와 Ny는 각각 640이며, M은 16으로 고정한다. 그러나 이로써 본 발명을 한정하기 위한 것이 아님을 밝혀둔다.
평균 다크영상 생성단계로, 이미지 획득부(100)로부터 수신된 4장의 다크(Dark) 영상의 가운데 영역에 640×640 매트릭스 크기로 관심영역(ROI)를 설정하여 자르며, 이렇게 하여 관심영역(ROI)만을 나타내는 4장의 다크 영상을 평균하여 한 장으로 만든다.
평균 화이트영상 생성단계로, ROI추출 단계의 화이트 영상의 ROI 설정단계에서 출력된 관심영역(ROI)만을 나타내는 4장의 화이트 영상(즉, ROI 설정단계에서 이미지 획득부(100)로부터 수신된 4장의 화이트(white) 영상의 가운데 영역에 640×640 매트릭스 크기로 관심영역(ROI)을 설정하여 자른 영상)도 평균하여 한 장으로 만든다.
2D sNNPS 획득단계로, 평균된 화이트 영상(평균 화이트영상)에서 평균된 다크 영상(평균 다크영상)을 차감한다. 차감한 영상의 평균값의 제곱으로, 세부 관심영역의 sNPS연산단계에서 획득된 시스템 잡음 파워 스펙트럼(sNPS)을 나누어, 즉 정규화하여, 2차원 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(이하 '2D sNNPS'라 함)을 획득한다.
다음은 sNNPS 측정 과정중, 1D(dimensional) sNNPS 연산 과정에 대해서 설명한다.
4개 면 평균영상 생성단계로, 1D sNNPS연산부(360)는, 도 7과 같이, 주파수 상에서 V축과 u축을 기준으로 나누고, 4개의 면을 한 장으로 평균한다.
1D sNNPS 연산단계로, u축 상의 위 4줄을 추출하여 1차원 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(이하 '1D sNNPS'라 함)를 획득한다. 즉, u축 상의 위 4줄을 추출하여 잡음 파워 스펙트럼(nps)를 구하고, 구하여진 잡음 파워 스펙트럼을 정규화를 행한다.
1D sNNPS 주파수 검출단계로, 인체팬텀에 의한 확대도를 수학식 2에 의해 계산하여 도출된 주파수를 수학식3을 이용하여 보정한다.
1D sNNPS 주파수 보간단계로, 획득된 sNNPS는 sDQE를 계산하기 위하여 0.05 cycles/mm 간격을 갖는 주파수로 보간한다.
다음은 광자 유량(Photon fluence)측정부(400)에서 행하여지는 광자 유량(photon fluence) 측정 과정에 대해서 설명한다.
우선, 에너지 감약계수 추출과정을 설명한다.
에너지 감약계수 수신단계로, 에너지 감약계수 추출부(420)는 미국국립 표준기술연구소에서 기술하고 있는 공기에 대한 질량에너지 감약계수 데이터베이스(도 8 참조)에서 에너지 감약계수를 추출한다.
에너지 감약계수 보간단계로, 에너지 감약계수 추출단계에서 출력된 데이터는, 임상의 진단영역에서 사용하는 관전압에 맞는 값으로 보간(interpolation) 한다.
다음은 에너지 스펙트럼 추출 과정을 설명한다.
에너지 스펙트럼 추출단계로, 에너지 스펙트럼 추출부(440)는 임상에서 사용하는 관전압 및 엑스레이 발생기의 타겟물질, 필터물질 및 두께를 확인하여 사용되는 관전압의 에너지 스펙트럼을 도출한다.
관전압의 에너지 스펙트럼 보간단계로, 에너지 스펙트럼 추출단계에서 출력된 스펙트럼은 0.5 kV 간격으로 보간(interpolation) 한다.
도 9a는 본 발명의 에너지 스펙트럼을 구하기 위한 프로그램의 일예이고, 도 9b는 본 발명의 에너지 스펙트럼을 구하기 위한 프로그램의 다른 일예이다.
도 9a는 GUI(그래픽 유저 인터페이스)형식으로 이루어져, 관전압 및 엑스레이 발생기의 타겟물질, 필터물질 및 두께의 설정에 따라 도출된 관전압의 에너지 스펙트럼의 그래프를 나타낸다.
도 9b는 GUI형식으로 이루어져, 관전압 및 엑스레이 발생기의 타겟물질을 설정하는 창을 보여준다.
다음은 광자 유량(photon fluence) 연산과정을 설명한다.
광자 유량(photon fluence) 연산부(460)는 광자 유량(photon fluence)(q)를 수학식 5에 의해 구한다.
Figure 112012043576596-pat00008
여기서, X는 조사선량이며, ф(E)는 측정하고자 하는 관전압의 에너지스펙트럼이다. 에너지 스펙트럼 추출단계에서 에너지 스펙트럼을 구하는 프로그램을 통하여 추출된다. E는 측정하고자 하는 관전압이며, μen(E)/ρ는 에너지 감약계수 추출단계에서 추출된 질량에너지 감약계수이다.
본 발명에서는 광자 유량(photon fluence) 값은 각 관전압별로 연산하여 룩업테이블로 작성되어 있으며, 사용자가 이용하고자 하는 관전압을 입력하면 미리 연산된 값이 출력될 수 있도록 프로그래밍되어 있다.
일반적으로, 임상의 진단영역에서 사용하는 관전압이란, 실제 임상에서 흉부 및 복부 등을 촬영할 때 각 부위별로 달라지는 관전압을 의미한다. 보간을 한다는 것의 의미는 photon fluence를 계산할 때 사용하게 되는 공기에 대한 질량에너지 감약계수 데이터 베이스가 아래와 같이 5 keV 단위에서의 값만을 나타내고 있기 때문에 임상의 kVp 값에 따라 데이터베이스의 값을 이용해서 구한다는 의미이다.
조사선량측정단계는 임상에서 사용하는 촬영조건(Ex)으로 조사하여 이온쳄버를 이용하여 검출기에 입사한 선량을 mR단위로 측정한다.
투과력측정단계는 이온쳄버를 이용하여 인체팬텀이 있을때 검출기에 입사한 선량을 인체팬텀이 없을때 검출기에 입사한 선량으로 나눈값을 투과력으로 구한다.
산란선측정단계는, 산란선측정부(530)에서 임상에서 사용하는 촬영조건 (Ex)의 3배(Ex×3)로 관전류×시간(mA×second, mAs)을 조절하여 조사히고, 빔스톱 어레이(Beam stop array)를 인체팬텀의 표면에 놓고 조사하여, 5장의 영상을 획득한다. 획득된 5장의 영상을 평균하여 한장으로 만들고, 빔스톱(Beam stop)이 있는 곳과 없는 곳의 픽셀값의 비로 산란선을 측정한다.
조사선량측정부, 투과력측정부, 산란선측정부는 단순 측정되는 부분으로,측정하여 요구되는 값을 사용자가 입력하도록 이루어질 수 있다.
여기서, 이온쳄버란 방사선 조사선량을 측정하는 도구로 검출기 앞에 (실제로는 방사선 후방산란의 영향을 줄이기 위해 검출기 앞 조금 떨어진 곳에서 측정) 이온쳄버를 두고 검출기와 엑스선 발생장치 1/2~1/3 되는 지점에 인체 팬텀을 두고 조사선량을 측정을 한다. 이것이 인체팬텀이 있을 때 검출기에 입사한 선량을 의미한다. 후에 인체팬텀이 없을 때 또 한 번 측정을 하고, 이것이 인체팬텀이 없을 때 검출기에 입사한 선량을 의미하게 된다.
다음은 sDQE 연산부(550)에서 영상용 시스템 검출 양자효율(sDQE) 연산과정을 설명한다.
sMTF 측정부(200)로부터 수신된 sMTF, sNNPS 측정부(300)로부터 수신된 sNNPS, 광자 유량(Photon fluence) 측정부(400)로부터 수신된 광자 유량(Photon fluence), 조사선량측정부(510)로부터 수신된 조사선량, 투과력측정부(520)로부터 수신된 투과력, 산란선측정부(530)로부터 수신된 산란선 등을 수학식 6을 이용하여, sDQE를 연산한다.
Figure 112012043576596-pat00009
여기서, SF는 산란선, TF는 투과력, K는 조사선량 그리고 q는 광자 유량(Photon fluence)이다. f'는 인체팬텀에 의한 확대도로 보정된 주파수이다.
주파수는 유효픽셀간격의 역수로 구하며, 그 후에 LSF를 푸리에변환 한 후, 확대도를 곱해주어서 주파수를 보정할 수 있다.
도 10은 본 발명은 영상용 시스템 검출 양자효율(sDQE) 검출 방법의 흐름도이다.
sMTF 연산위한 이미지 수신단계로, 이미지 획득부(100)로부터 sMTF 연산을 위한 에지 검사장치(130)의 이미지인 제1이미지를 수신한다(S110).
입력영상 에러판단단계로, sMTF 연산위한 이미지 수신단계에서 수신된 각 영상당 평균픽셀 값 오차가 10%이내 인지를 판단하며(S120), 10%이내가 아닌 경우 입력영상확인 에러 메세지를 출력하고(S130), sMTF 연산위한 이미지 수신단계(S110)로 돌아간다.
평균 영상 획득단계로, 입력영상 에러판단단계에서 영상당 평균픽셀 값 오차가 10%이내이라면, 이미지 획득부(100)로부터 수신된 5장의 영상을 평균하여 한 장의 영상을 획득한다(S140).
관심영역(ROI) 설정단계로, 평균 영상 획득단계에서 출력된 영상으로부터, 에지 검사장치(130)가 있는 곳에 관심영역(ROI)을 설정하여 적정한 크기로 영상을 자른다(S150).
sESF 추출단계로, 복합 시스템 에지 확산 함수(Composite sESF)를 획득하기 위하여 관심영역 설정단계에서 출력된 영상 중 에지(edge)를 따라 일정구간을 반복적으로 선택하여, 그 선택된 구간에서 픽셀의 값들을 나열하여 ESF를 획득한다(S160).
LSF 생성단계로, 시스템 선 확산 함수(sLSF) 연산부(240)는, 시스템 에지 확산 함수(sESF) 획득단계의 sESF획득단계에서 생성된 sESF를 미분하여 LSF를 생성하며, 생성된 LSF를 정규화하며, sLSF를 구하고(S170), 구하여진 sLSF를 디스플레이 한 후부터 부적합시 사용자가 다시 ROI를 잡을 수 있도록 관심영역(ROI) 설정단계(S150)로 되돌아 간다.
푸리에변환 및 확대도 보정단계로, sMTF연산부(260)는 sLSF 연산부(240)로부터 수신된 LSF를 푸리에변환하고, 수학식1을 통해 복합 시스템 에지 확산 함수(Composite sESF)의 유효 픽셀 간격을 구하며, 인체팬텀에 의한 확대도를 수학식 2에 의해 계산하고, 얻어진 확대도를 이용하여 수학식3에 의해 주파수를 보정하며, 이렇게 보정된 결과를 sMTF라 한다(S180).
sMTF획득 단계로, 푸리에변환 및 확대도 보정단계에서 출력된 sMTF를 0.05 cycles/mm 간격을 갖는 주파수로 보간(interpolation) 행한다(S190).
sNNPS 연산위한 이미지 수신단계, 이미지 획득부(100)로부터 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS) 연산을 위한 에지 검사장치(130)를 이용하여 White 영상(제2이미지)과 dark영상(제3이미지)을 획득한다(S210).
입력영상 에러판단단계로, sNNPS 연산위한 이미지 수신단계에서 수신된 각 영상당 평균픽셀 값 오차가 10%이내 인지를 판단하며(S220), 10%이내가 아닌 경우 입력영상확인 에러 메세지를 출력하고(S230), sNNPS 연산위한 이미지 수신단계(S210)로 돌아간다.
ROI추출단계로, ROI추출부(320)는 이미지 획득부(100)로부터 수신된 4장의 화이트(white) 영상의 가운데 영역에 640×640 매트릭스 크기로 관심영역(ROI)을 설정하여 자르고, 이렇게 잘라서 생성된 화이트 영상의 ROI의 영상을, 오버랩핑(overlapping) 방법으로 세부 관심영역(sub_ROI)를 256×256 매트릭스 크기로 총 16개의 영상으로 분할한다(S240).
2D sNNPS연산단계로, 2D sNNPS연산부(340)는 수학식 4를 이용하여 ROI추출단계(240)에서 출력된 16장의 각각의 세부 관심영역(sub_ROI)의 화이트 영상 (I(x,y))들에서 각 화이트 영상의 평균값(S(x,y))을 차감한 후 푸리에 변환을 행하여, 시스템 잡음 파워 스펙트럼(sNPS)을 구하고, 이미지 획득부(100)로부터 수신된 4장의 다크(Dark) 영상의 가운데 영역에 640×640 매트릭스 크기로 관심영역(ROI)를 설정하여 자르며, 이렇게 하여 관심영역(ROI)만을 나타내는 4장의 다크 영상을 평균하여 한 장으로 만들며, 또한 ROI추출 단계의 화이트 영상의 ROI 설정단계에서 출력된 관심영역(ROI)만을 나타내는 4장의 화이트 영상도 평균하여 한 장으로 만들고, 평균된 화이트 영상(평균 화이트영상)에서 평균된 다크 영상(평균 다크영상)을 차감하며, 차감한 영상의 평균값의 제곱으로, 세부 관심영역의 sNPS연산단계에서 획득된 시스템 잡음 파워 스펙트럼(sNPS)을 나누어, 정규화한다(S250).
1D sNNPS 추출단계로, 1D sNNPS연산부(360)는, 주파수 상에서 V축과 u축을 기준으로 나누고, 4개의 면을 한 장으로 평균하고, u축 상의 위 4줄을 추출하여 1차원 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(이하 '1D sNNPS'라 함)를 획득하고, 인체팬텀에 의한 확대도를 수학식 2에 의해 계산하여 도출된 주파수를 수학식3을 이용하여 보정하며, 이렇게 획득된 sNNPS는 0.05 cycles/mm 간격을 갖는 주파수로 보간한다(S260).
광자 유량 연산 및 조사선량, 투과력, 산란선 측정값 입력단계로, 광자 유량(photon fluence)을 연산하고, 조사선량, 투과력, 산란선의 측정값을 입력시킨다(S310).
즉, 광자 유량 연산 및 조사선량, 투과력, 산란선 측정값 입력단계는, 광자 유량(photon fluence)(q)을 수학식 5에 의해 구한다. 그리고, 임상에서 사용하는 촬영조건(Ex)으로 조사하여 이온쳄버를 이용하여 검출기에 입사한 조사선량을 mR단위로 측정한 값을 입력하며, 인체팬텀이 있을때 검출기에 입사한 선량을, 인체팬텀이 없을때 검출기에 입사한 선량으로, 나눈값인 투과력을 입력하고, 또한 빔스톱 어레이를 인체팬텀의 표면에 놓고 조사하여, 5장의 영상을 평균한 영상에서 빔스톱(Beam stop)이 있는 곳과 없는 곳의 픽셀값의 비로 산란선을 측정한 값을 입력한다.
sDQE연산단계로, 광자 유량 연산 및 조사선량, 투과력, 산란선 측정값 입력단계로부터, 광자 유량, 조사선량, 투과력, 산란선의 측정값을 수신하여, 수학식 6을 이용하여, 영상용 시스템 검출 양자효율(sDQE)를 연산한다(S320).
본 발명의 영상용 시스템 검출 양자효율(sDQE) 검출 방법의 흐름을 정리하면 다음과 같다.
첫째, sMTF, sNNPS 획득 영상 및 측정관전압, 조사선량, 투과력, 산란선등을 읽어들인다.
둘째, sMTF 각 영상간 평균픽셀 값이 오차 10%를 넘을 경우 부적합한 영상으로 간주하여 에러 메세지 창을 띄운다.
셋째, sMTF 획득을 위하여 사용자가 ROI를 설정한다.
넷째, 구하여진 sESF와 sLSF는 저장되며, sLSF를 디스플레이하여 부적합시사용자가 다시 ROI를 설정할 수 있도록 한다.
다섯째, 적합시 Fourier 변환후 주파수 확대 보정하여 sMTF획득
여섯째, sNNPS 각 영상간 평균픽셀값이 오차 10%를 넘을 경우 부적합한 영상으로 간주하며 에러 메세지창을 띄운다.
일곱째, sNNPS 획득을 위하여 사용자가 ROI 설정한다.
여덟째, 2D NNPS 연산후 1D NNPS 추출한다.
아홉째, 입력된 측정 관전압, 조사선량, 투과력, 산란선과, 연산된 sMTF, sNNPS를 이용하여 sDQE를 연산하여 저장후 완료한다.
도 11a은 GUI형식으로 이루어져, 본 발명에 의해 도출된 sDQE 등의 결과를 출력하는 창의 일예이다.
본 발명에서는 복잡한 연산과정을 임상의 환경에 맞게 자동으로 도출될 수 있도록 이루어져 있어, 추가적인 다른 소프트웨어를 필요로 하지 않고, 손쉽게 sDQE를 도출할 수 있다.
도 11b는 본 발명의 다른 일실시예에 의한 영상용 시스템 검출 양자효율(sDQE) 검출 시스템의 구성을 개략적으로 설명하기 위한 블럭도로, 이미지획득부(100), 연산처리부(50), 키입력부(60), 디스플레이부(70), 메모리부(90)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 키입력부(60), 디스플레이부(70)는 하나의 GUI부(55)로 이루어질 수 있다.
이미지획득부(100)는 도 1의 이미지획득부(100)와 동일하다.
연산처리부(50)는 도 1의 sMTF 측정부(200), sNNPS 측정부(300), Photon fluence 측정부(400), sDQE 연산부(550)를 모두 구비한 연산 수단이다. 이미지획득부(100)로부터 입력된 이미지와 키입력부(60)로부터 입력된 조사선량측정값, 투과력측정값, 산란선측정값을 이용하여 sDQE를 연산한다.
키입력부(60)는 조사선량측정값, 투과력측정값, 산란선측정값 등을 사용자가 입력하도록 이루어지며, 입력된 조사선량측정값, 투과력측정값, 산란선측정값 등은 연산처리부(50)로 전송된다.
디스플레이부(70)는 연산처리부(50)의 출력 신호(예로 연산결과) 들을 디스플레이한다.
메모리부(90)는 연산처리부(50)에서 연산을 위한 데이터베이스 등이 저장되어 있으며, 또한 연산처리부(50)의 출력 신호(예로 연산결과) 들을 저장한다.
예를들어, 저장된 데이터베이스는, 광자 유량(photon fluence) 값이 각 관전압별로 연산하여 룩업테이블로 작성되어 저장되어 있다.
다음은 본 발명에서 이용되는 팬텀들을 설명한다.
메타크릴산메탈 수지(Polymethly Methacrylate, PMMA)와 알루미늄을 이용하여 국제 규약에 따라 부위별 팬텀 제작한다. 본 발명의 팬텀들은 가격이 저렴하게 제작될 수 있다.
도 12는 본 발명의 흉부팬텀의 일예이다.
흉부팬텀은 메타크릴산메탈 수지(PMMA)로 흉부둘레를 고려한 사각틀(이하 '흉부틀'이라 함)을 만들고, 흉부틀의 내측의 전면과 후면에 각각 알루미늄 판이 장착된다. 여기서, 아루미늄 판은 흉골 등을 고려하여 장착된 것으로, 전면의 아루미늄 판은 후면의 알루미늄 판보다 두께가 더 두껍다. 알루미늄 판의 두께, 흉부틀의 내측 면적크기 등은 성인용, 아동용에 따라 달라지며, 이는 국제 규약에 따라 정하여 질 수 있다.
여기서 흉부틀을 사각틀로 제작한 것은 제작 및 설명의 편의상 만들어진 것으로, 이로써 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니며, 경우에 따라서는 흉부틀은 원형틀 또는 타원형틀일 수 있다.
도 13은 본 발명의 복부팬텀의 일예이다.
복부팬텀은 복부둘레를 고려한 사각틀(이하 '복부틀'이라 함)을 만들고, 상기 복부틀 내에 위장 등을 고려한 튜브들이 장착되며, 복부틀 및 튜브에는 용액을 채우도록 이루어져 있다. 상기 용액으로서 물을 사용할 수 있다.
복부틀과 튜브는 메타크릴산메탈 수지(PMMA)으로 제작될 수 있다. 복부틀의 내측 면적크기 등은 국제 규약에 따라 정하여 질 수 있다.
여기서 복부틀을 사각틀로 제작한 것은 제작 및 설명의 편의상 만들어진 것으로, 이로써 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니며, 경우에 따라서는 흉부틀은 원형틀 또는 타원형틀일 수 있다.
도 14는 본 발명의 유방팬텀의 일예이다.
유방팬텀은 반구모양 또는 1/2 반구모양으로 이루어진다. 도 13의 유방팬텀은 반원형판을 단차를 가지도록 쌓아서 1/2 반구모양의 유방팬텀을 형성한 일예이다. 유방팬텀의 재질은 메타크릴산메탈 수지(PMMA)으로 제작될 수 있다.
여기서, 유방팬텀을 반원형판을 단차를 가지도록 쌓아서 1/2 반구모양의 유방팬텀을 제작한 것은, 제작 및 설명의 편의상 만들어진 것으로, 이로써 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니며, 경우에 따라서는 틀에 넣어 만들어진 반구모양 또는 1/2 반구모양의 유방팬텀일 수 있다.
다음은 본 발명의 영상용 시스템 검출 양자효율(sDQE) 검출 시스템에 의한 sDQE와 종래의 방법에 의한 standard DQE와 비교한 검사를 설명한다.
흉부팬텀을 이용한 관전압(kVp)별 sMTF, sDQE 결과값 및 standard DQE를 비교한다.
도 15는 본 발명에서 성인용 흉부팬텀을 이용한 관전압(kVp)별 sMTF를 나타낸 그래프이다. 도 15의 (a)는 그리드를 사용한 경우의 각 관전압별 sMTF이며, 도 15의(b)는 그리드를 사용하지 않은 경우의 각 관전압별 sMTF이다. 여기서 화살표는 IEC에서규약하고있는 beam quality를 사용하여 측정한 standard MTF이다.
도 16은 본 발명에서 성인용 흉부팬텀을 이용한 관전압(kVp)별 sDQE를 나타낸 그래프이다. 도 16의 (a)는 그리드를 사용한 경우의 각 관전압별 sDQE이며, 도 16의(b)는 그리드를 사용하지 않은 경우의 각 관전압별 sDQE이다.
도 15에서와 같이, 기존의 IEC에서 규약하고있는 beam quality를 사용하여측정한 standard MTF와 sMTF는 큰차이를 보인다. 이는 인체팬텀에 의한 확대도의 영향이 반영됨으로써 초점 흐림 현상이 두드러지면서 발생하게 된다. 다른 관전압에 따른 영향은 크지 않았다. 도 16에서는, sDQE 결과값은 standard DQE값에 비해 상대적으로 낮은 값을 나타냈다. 이는 인체팬텀에 의한 확대도 및 산란선, 초점흐림현상, 조사조건에 의한 투과력 및 노이즈의 영향에 의해 결과된 것이다.
이 실험 결과에서, 임상에서 성인 흉부를 촬영하는데 있어 그리드를 사용하지 않는 경우가 더 좋은 화질을 보였으며, 가장 높은 sDQE값은 60 kVp였다.
도 17은 본 발명에서, 소아용 흉부팬텀을 이용한 관전압(kVp) 및 초점-검출기간 거리에 따른 sDQE 결과값과 standard DQE를 비교하기위한 그래프이다.
도 17의 (a)는 그리드를 사용한 경우의 각 관전압별 sDQE이며, 도 17의(b)는 그리드를 사용하지 않은 경우의 각 관전압별 sDQE이며, 도 17의(c)는 그리드를 사용하지 않았을 때 초점-검출기간 거리에 따른 sDQE 이다.
일반적으로 임상에서 소아흉부촬영의 경우 그리드가 있는 상태에서 100 cm의 짧은 초점-검출기간거리를 설정하여 촬영한다. 그러나 동일한 선량을 주었을때, 도 17의 (a), (b)에서와 같이, 그리가 없을때 sDQE는 더 높은 값을 보였다. 또한 그리드가 없을 경우, 낮은 관전압이 sDQE가 높은값을 보였다. 이는 그리드 사용으로 인한 산란선의 제거가 그리드에서 흡수되는 유효광자에 의한 화질저하를 보정해 주지 못하기 때문이다. 도 17의(c)에서는, 짧은 초점-검출기간거리에 비해 상대적으로 긴 초점-검출기간 거리를 설정한 경우가 더 높은 sDQE를 보였다. 이는 짧은 초점-검출기간 거리로 인한 확대도 증가의 영향이 반영된 결과인 것이다. 따라서, sDQE결과 값에 비춰볼 때 소아 흉부 촬영의 경우 그리드가 없는 상태에서 저관전압과 긴 초점-검출기간거리를 사용하여 촬영할 경우 환자의 선량을 줄일 수 있다.
본 발명의 영상용 시스템 검출 양자효율(sDQE) 검출 방법의 특징은 다음과 같다.
첫째, 기존의 DQE 평가는 검출기의 성능평가에만 국한되어있기 때문에 임상에서 사용하는 환경에 적용된 성능을 적절히 평가하기 어렵다. 따라서 본 발명에서 sDQE를 제한하였으며, sDQE의 경우 엑스선 발생장치 및 환자 그리고 조사조건까지 고려함으로써 영상시스템 전체에 대한 정량적인 평가를 할 수 있다.
둘째, 실험결과에서 보여지듯, sDQE를 여러조건에서 획득하여 비교함으로써 임상에서 사용되고 있는 조사조건이나 환경에 대한 최적화를 할 수 있다. 이에환자의 피폭선량의 경감에 일조할 수 있다.
셋째, 위에서 보여지듯, 정량적인 영상평가는 복잡한 프로세싱 과정을 거치며, 또한 데이터를 획득하고 연산을 하는데 필요한 추가적인 소프트웨어 등을 필요로 함으로써 이에 임상에서 근무하는 종사자들의 경우 검출기 및 전체 시스템에 대한 정량적인 평가를 하는데 제한점을 갖는다. 이를 위해, 본 발명은 사용자의 편리성을 도모하기 위하여 GUI로 구현함으로써 다른 소프트웨어를 필요로 하지않는 독립된 응용프로그램으로 구현되어 사용자가 손쉽게 사용할 수 있다.
넷째, 임상에서 영상시스템의 유지 및 보수를 하기 위하여 정기적으로 화질평가를 시행해야하지만, 여러 가지 제한 점 때문에 외부업체에 의뢰를 하는 경우가 대부분이다. 본 발명을 이용하여 간편하게 영상의 정량적인 평가를 행함으로써 기업체에 의뢰해야 하는 비용과 시간을 절감할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
50: 연산처리부 55: GUI부
60: 키입력부 70: 디스플레이부
90: 메모리부 100: 이미지 획득부
200: 시스템 변조전달함수(sMTF) 측정부
220: 시스템 에지 확산 함수(sESF)획득부
240: 시스템 선 확산 함수(sLSF)연산부
260: 시스템 변조전달함수(sMTF)연산부
300: 시스템 정규화된 잡음파워 스펙트럼(sNNPS) 측정부
320: 관심영역(ROI)추출 340: 2D sNNPS연산부
360: 1D sNNPS연산부 400:광자유량(Photon fluence) 측정부
510:조사선량측정부 520:투과력측정부
530:산란선측정부 550:sDQE 연산부

Claims (29)

  1. 시스템 변조전달함수(sMTF) 연산을 위한 에지 검사장치의 영상인 sMTF용 영상과, 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS) 연산을 위한 화이트(White) 영상 및 다크(dark) 영상이 추출되는 이미지 획득부;
    조사선량값, 투과력값, 산란선값이 입력되는 키입력부;
    상기 이미지 획득부로부터 수신된 sMTF용 영상으로부터 시스템 변조전달함수(sMTF)를 구하며,
    상기 이미지 획득부로부터 수신된 화이트(White) 영상 및 다크(dark) 영상으로부터 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS)을 구하고,
    상기 시스템 변조전달함수(sMTF)와 상기 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS)를 이용하여 시스템 검출 양자효율를 검출하는 연산처리부;
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    관전압에 따른 광자 유량(photon fluence) 값이 저장되어 있는 메모리부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    시스템 검출 양자효율(sDQE(f'))은
    Figure 112012043576596-pat00010

    (단, SF는 산란선, TF는 투과력, K는 조사선량, q는 광자 유량(Photon fluence)임)
    에 의해 구하여지는 것을 특징으로 하는 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    광자 유량(q)은
    Figure 112012043576596-pat00011

    (단, X는 조사선량이며, ф(E)는 측정하고자 하는 관전압의 에너지스펙트럼이고, E는 측정하고자 하는 관전압이며, μen(E)/ρ는 질량에너지 감약계수임)
    에 의해 구하여지는 것을 특징으로 하는 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연산처리부의 출력신호를 디스플레이하는 디스플레이부를 더 포함하며,
    상기 키입력부와 상기 디스플레이부는 하나의 GUI부로 이루어진 것을 특징으로 하는 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 시스템.
  6. 시스템 변조전달함수(sMTF) 연산을 위한 에지 검사장치의 영상인 sMTF용 영상과, 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS) 연산을 위한 화이트(White) 영상 및 다크(dark) 영상이 추출되는 이미지 획득부;
    이미지 획득부로부터 수신된 sMTF용 영상으로부터 시스템 변조전달함수(sMTF)를 검출하는 sMTF 측정부;
    이미지 획득부로부터 수신된 화이트(White) 영상 및 다크(dark) 영상으로부터 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS)을 검출하는 sNNPS 측정부;
    관전압 및 엑스레이 발생기의 타겟물질, 필터물질 및 두께를 확인하여 사용되는 관전압의 에너지 스펙트럼을 도출하고, 관전압의 에너지 스펙트럼을 이용하여 광자 유량(photon fluence)을 검출하는 광자 유량 측정부;
    sMTF 측정부로부터 수신된 시스템 변조전달함수(sMTF)와, sNNPS 측정부로부터 수신된 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS)과, 광자 유량 측정부로부터 수신된 광자 유량을 이용하여 시스템 검출 양자효율(sDQE)를 검출하는 sDQE 연산부;
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    시스템 검출 양자효율(sDQE(f'))은
    Figure 112012043576596-pat00012

    (단, SF는 산란선, TF는 투과력, K는 조사선량, q는 광자 유량(Photon fluence)임)
    에 의해 구하여지는 것을 특징으로 하는 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    이온쳄버를 이용하여 검출기에 입사한 선량을 mR단위로 측정하는 조사선량측정부;
    이온쳄버를 이용하여, 인체팬텀이 있을때 검출기에 입사한 선량과, 인체팬텀이 없을때 검출기에 입사한 선량을 측정하여, 투과력으로서, 인체팬텀이 있을때 검출기에 입사한 선량을, 인체팬텀이 없을때 검출기에 입사한 선량으로, 나눈값을 검출하는 투과력측정부;
    빔스톱 어레이(Beam stop array)를 인체팬텀의 표면에 놓고 조사하여 획득한 영상으로부터 빔스톱이 있는 곳과 빔스톱이 없는 곳의 픽셀값의 비로 산란선을 검출하는 산란선측정부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    조사선량값, 투과력값, 산란선값이 입력되는 키입력부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    광자 유량(q)은
    Figure 112012043576596-pat00013

    (단, X는 조사선량이며, ф(E)는 측정하고자 하는 관전압의 에너지스펙트럼이고, E는 측정하고자 하는 관전압이며, μen(E)/ρ는 질량에너지 감약계수임)
    에 의해 구하여지는 것을 특징으로 하는 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    이미지 획득부에서,
    sMTF용 영상은, 검출기 앞에 인체팬텀을 위치키고, 상기 인체팬텀의 표면 위에 에지 검사장치를 올려놓고, 상기 에지 검사장치의 이미지를 획득한 것이며,
    화이트(White) 영상은, 검출기 앞에 인체팬텀을 위치시켜 획득한 이미지이며, 다크(dark) 영상은, 엑스선 발생기 앞에 납판을 장착하여 획득한 이미지인 것을 특징으로 하는 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    sMTF용 영상은 2분 이상의 간격으로 획득된 5장의 영상으로 이루어지며,
    화이트(White) 영상은 2분 이상의 간격으로 획득된 4장의 영상으로 이루어지며,
    다크(dark) 영상은 2분 이상의 간격으로 획득된 4장의 영상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 시스템.
  13. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    sMTF 측정부는,
    이미지 획득부로부터 다수 장의 영상으로 이루어진 sMTF용 영상을 수신하여 평균하여 한 장의 sMTF용 영상을 생성하고, 평균된 sMTF용 영상에서 관심영역(ROI)을 설정하며, 관심영역(ROI)에서 에지를 따라 일정 구간을 반복적으로 설정하여 픽셀의 값들을 나열하여 시스템 에지 확산 함수(sESF)를 구하는 sESF 획득부;
    sESF 획득부로부터 수신된 시스템 에지 확산 함수(sESF)를 미분하여 시스템 선 확산 함수(sLSF)를 획득하여, 정규화(normalization)하는 sLSF 연산부;
    sLSF 연산부로부터 수신된 시스템 선 확산 함수(sLSF)를 푸리에변환하여, 복합 시스템 에지 확산 함수(Composite sESF)의 유효 픽셀 간격을 계산하고, 인체팬텀에 의한 확대도를 계산하고, 얻어진 확대도를 이용하여 주파수를 보정하여 이를 시스템 변조전달함수(sMTF)로서 획득하며, 획득된 시스템 변조전달함수(sMTF)로부터 0.05 cycles/mm 간격을 갖는 주파수로 보간을 행하는 sMTF 연산부;
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 시스템.
  14. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    sNNPS 측정부는,
    이미지 획득부로부터 4개의 화이트(white) 영상과 4개의 다크 영상을 수신하며, 수신된 4장의 화이트 영상의 가운데 영역에 640×640 매트릭스 크기로 관심영역(ROI)을 설정하여 자르고, 생성된 화이트 영상의 관심영역(ROI) 영상을, 오버랩핑(overlapping) 방법으로 세부 관심영역(sub_ROI)을 256×256 매트릭스 크기로 총 16개의 영상으로 분할하는 ROI추출부;
    ROI추출부에서 출력된 16장의 각각의 세부 관심영역(sub_ROI)의 화이트 영상들에서 각 화이트 영상의 평균값을 차감한 후 푸리에 변환을 행하여, 시스템 잡음 파워 스펙트럼(sNPS)을 구하며, 이미지 획득부로부터 수신된 4장의 다크 영상을 가운데 영역에 640×640 매트릭스 크기로 관심영역(ROI)를 설정하여 잘라, 관심영역(ROI)만으로 이루어진 4장의 다크 영상을 평균하여 한 장의 평균된 다크 영상을 생성하고, 화이트 영상도 관심영역(ROI)만으로 이루어진 4장의 화이트 영상을 평균하여 평균된 화이트 영상을 생성하며, 평균된 화이트 영상에서 평균된 다크 영상을 차감한 영상의 평균값의 제곱으로, 상기 시스템 잡음 파워 스펙트럼(sNPS)을 나누어, 정규화하여, 2차원 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(2D sNNPS)을 획득하는 2D sNNPS연산부;
    주파수 상에서 중심을 지나는 수직축인 V축과 중심을 지나는 수평축인 u축을 기준으로 나누어 생성된 4개의 면을 한 장으로 평균하며, u축 상의 위 4줄을 추출하여 1차원 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(1D sNNPS)를 획득하며, 인체팬텀에 의한 확대도를 계산하여, 구하여진 인체팬텀에 의한 확대도에 의해 주파수를 보정한 후, 0.05 cycles/mm 간격을 갖는 주파수로 보간하는 1D sNNPS연산부;
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 시스템.
  15. 이미지획득부에서 시스템 변조전달함수(sMTF) 연산을 위한 에지 검사장치의 영상인 sMTF용 영상과, 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS) 연산을 위한 화이트(White) 영상 및 다크(dark) 영상이 추출되는 이미지 획득단계;
    키입력부에서 입력된 조사선량값, 투과력값, 산란선값이 연산처리부로 전송되는 키입력단계;
    연산처리부에서, 상기 이미지 획득부로부터 수신된 sMTF용 영상으로부터 시스템 변조전달함수(sMTF)를 구하며,
    상기 이미지 획득부로부터 수신된 화이트(White) 영상 및 다크(dark) 영상으로부터 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS)을 구하고,
    상기 시스템 변조전달함수(sMTF)와 상기 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS)를 이용하여 시스템 검출 양자효율를 검출하는 연산처리단계;
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    시스템 검출 양자효율(sDQE(f'))은
    Figure 112012043576596-pat00014

    (단, SF는 산란선, TF는 투과력, K는 조사선량, q는 광자 유량(Photon fluence)임)
    에 의해 구하여지는 것을 특징으로 하는 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    광자 유량은 메모리부에 기 저장된 관전압에 따른 광자 유량(photon fluence) 값으로부터 설정되는 것을 특징으로 하는 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    광자 유량(q)은
    Figure 112012043576596-pat00015

    (단, X는 조사선량이며, ф(E)는 측정하고자 하는 관전압의 에너지스펙트럼이고, E는 측정하고자 하는 관전압이며, μen(E)/ρ는 질량에너지 감약계수임)
    에 의해 구하여지는 것을 특징으로 하는 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 방법.
  19. 시스템 변조전달함수(sMTF) 연산을 위한 에지 검사장치의 영상인 sMTF용 영상과, 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS) 연산을 위한 화이트(White) 영상 및 다크(dark) 영상이 추출되는 이미지 획득단계;
    이미지 획득단계로부터 수신된 sMTF용 영상으로부터 시스템 변조전달함수(sMTF)를 검출하는 sMTF 측정단계;
    이미지 획득단계로부터 수신된 화이트(White) 영상 및 다크(dark) 영상으로부터 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS)을 검출하는 sNNPS 측정단계;
    관전압 및 엑스레이 발생기의 타겟물질, 필터물질 및 두께를 확인하여 사용되는 관전압의 에너지 스펙트럼을 도출하고, 관전압의 에너지 스펙트럼을 이용하여 광자 유량(photon fluence)을 검출하는 광자 유량 측정단계;
    sMTF 측정부로부터 수신된 시스템 변조전달함수(sMTF)와, sNNPS 측정부로부터 수신된 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(sNNPS)과, 광자 유량 측정부로부터 수신된 광자 유량을 이용하여 시스템 검출 양자효율(sDQE)를 검출하는 sDQE 연산단계;
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    시스템 검출 양자효율(sDQE(f'))은
    Figure 112012043576596-pat00016

    (단, SF는 산란선, TF는 투과력, K는 조사선량, q는 광자 유량(Photon fluence)임)
    에 의해 구하여지는 것을 특징으로 하는 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    조사선량은, 이온쳄버를 이용하여 검출기에 입사한 선량을 mR단위로 측정하며,
    투과력은, 이온쳄버를 이용하여, 인체팬텀이 있을때 검출기에 입사한 선량과, 인체팬텀이 없을때 검출기에 입사한 선량을 측정하고, 인체팬텀이 있을때 검출기에 입사한 선량을, 인체팬텀이 없을때 검출기에 입사한 선량으로, 나눈값이며,
    산란선은, 빔스톱 어레이(Beam stop array)를 인체팬텀의 표면에 놓고 조사하여 획득한 영상으로부터 빔스톱이 있는 곳과 빔스톱이 없는 곳의 픽셀값의 비로 산란선을 검출하는 것을 특징으로 하는 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    광자 유량(q)은
    Figure 112012043576596-pat00017

    (단, X는 조사선량이며, ф(E)는 측정하고자 하는 관전압의 에너지스펙트럼이고, E는 측정하고자 하는 관전압이며, μen(E)/ρ는 질량에너지 감약계수임)
    에 의해 구하여지는 것을 특징으로 하는 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 방법.
  23. 제15항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    이미지 획득단계에서,
    sMTF용 영상은, 검출기 앞에 인체팬텀을 위치키고, 상기 인체팬텀의 표면 위에 에지 검사장치를 올려놓고, 상기 에지 검사장치의 이미지를 획득한 것이며,
    화이트(White) 영상은, 검출기 앞에 인체팬텀을 위치시켜 획득한 이미지이며, 다크(dark) 영상은, 엑스선 발생기 앞에 납판을 장착하여 획득한 이미지인 것을 특징으로 하는 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    sMTF용 영상은 2분 이상의 간격으로 획득된 5장의 영상으로 이루어지며,
    화이트(White) 영상은 2분 이상의 간격으로 획득된 4장의 영상으로 이루어지며,
    다크(dark) 영상은 2분 이상의 간격으로 획득된 4장의 영상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 방법.
  25. 제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    sMTF 측정단계는,
    이미지 획득단계로부터 다수 장의 영상으로 이루어진 sMTF용 영상을 수신하여 평균하여 한 장의 sMTF용 영상을 생성하고, 평균된 sMTF용 영상에서 관심영역(ROI)을 설정하며, 관심영역(ROI)에서 에지를 따라 일정 구간을 반복적으로 설정하여 픽셀의 값들을 나열하여 시스템 에지 확산 함수(sESF)를 구하는 sESF 획득단계;
    sESF 획득단계로부터 수신된 시스템 에지 확산 함수(sESF)를 미분하여 시스템 선 확산 함수(sLSF)를 획득하여, 정규화(normalization)하는 sLSF 연산단계;
    sLSF 연산단계로부터 수신된 시스템 선 확산 함수(sLSF)를 푸리에변환하여, 복합 시스템 에지 확산 함수(Composite sESF)의 유효 픽셀 간격을 계산하고, 인체팬텀에 의한 확대도를 계산하고, 얻어진 확대도를 이용하여 주파수를 보정하여 이를 시스템 변조전달함수(sMTF)로서 획득하며, 획득된 시스템 변조전달함수(sMTF)로부터 0.05 cycles/mm 간격을 갖는 주파수로 보간을 행하는 sMTF 연산단계;
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 방법.
  26. 제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    sNNPS 측정단계는,
    이미지 획득단계로부터 4개의 화이트(white) 영상과 4개의 다크 영상을 수신하며, 수신된 4장의 화이트 영상의 가운데 영역에 640×640 매트릭스 크기로 관심영역(ROI)을 설정하여 자르고, 생성된 화이트 영상의 관심영역(ROI) 영상을, 오버랩핑(overlapping) 방법으로 세부 관심영역(sub_ROI)을 256×256 매트릭스 크기로 총 16개의 영상으로 분할하는 ROI추출단계;
    ROI추출단계에서 출력된 16장의 각각의 세부 관심영역(sub_ROI)의 화이트 영상들에서 각 화이트 영상의 평균값을 차감한 후 푸리에 변환을 행하여, 시스템 잡음 파워 스펙트럼(sNPS)을 구하며, 이미지 획득부로부터 수신된 4장의 다크 영상을 가운데 영역에 640×640 매트릭스 크기로 관심영역(ROI)를 설정하여 잘라, 관심영역(ROI)만으로 이루어진 4장의 다크 영상을 평균하여 한 장의 평균된 다크 영상을 생성하고, 화이트 영상도 관심영역(ROI)만으로 이루어진 4장의 화이트 영상을 평균하여 평균된 화이트 영상을 생성하며, 평균된 화이트 영상에서 평균된 다크 영상을 차감한 영상의 평균값의 제곱으로, 상기 시스템 잡음 파워 스펙트럼(sNPS)을 나누어, 정규화하여, 2차원 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(2D sNNPS)을 획득하는 2D sNNPS연산단계;
    주파수 상에서 중심을 지나는 수직축인 V축과 중심을 지나는 수평축인 u축을 기준으로 나누어 생성된 4개의 면을 한 장으로 평균하며, u축 상의 위 4줄을 추출하여 1차원 시스템 정규화된 잡음 파워 스펙트럼(1D sNNPS)를 획득하며, 인체팬텀에 의한 확대도를 계산하여, 구하여진 인체팬텀에 의한 확대도에 의해 주파수를 보정한 후, 0.05 cycles/mm 간격을 갖는 주파수로 보간하는 1D sNNPS연산단계;
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 방법.
  27. 제23항의 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 방법에 대한 컴퓨터 프로그램 소스를 저장한 기록매체.
  28. 제25항의 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 방법에 대한 컴퓨터 프로그램 소스를 저장한 기록매체.
  29. 제26항의 X선 영상용 시스템의 검출 양자효율 검출 방법에 대한 컴퓨터 프로그램 소스를 저장한 기록매체.
KR1020120057994A 2012-05-31 2012-05-31 임상용 시스템 검출 양자효율 검출 방법 및 그 시스템 KR101270002B1 (ko)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20160149360A (ko) 2015-06-17 2016-12-28 전호상 단층촬영에서의 양자검출효율 측정용 팬텀 및 이를 이용한 양자검출효율 측정방법
KR102284561B1 (ko) * 2020-06-29 2021-08-03 한국원자력의학원 엑스선 스펙트럼 추정 장치 및 방법

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KR20160149360A (ko) 2015-06-17 2016-12-28 전호상 단층촬영에서의 양자검출효율 측정용 팬텀 및 이를 이용한 양자검출효율 측정방법
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