KR101347254B1 - Correction method for non-uniformity of photon counting detector - Google Patents

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KR101347254B1
KR101347254B1 KR1020120100174A KR20120100174A KR101347254B1 KR 101347254 B1 KR101347254 B1 KR 101347254B1 KR 1020120100174 A KR1020120100174 A KR 1020120100174A KR 20120100174 A KR20120100174 A KR 20120100174A KR 101347254 B1 KR101347254 B1 KR 101347254B1
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김희중
최유나
조효민
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연세대학교 원주산학협력단
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Abstract

Disclosed is a method for correcting images obtained with a photon counting-based X-ray detector. The method includes a step of measuring the number of detection photons detected in each pixel of the photon counting-based X-ray detector after passing through a medium while the thickness of the medium is changed; a step of analyzing a relation between each thickness of the medium and the number of incident photons in each pixel based on the measurement; a step of estimating response properties of each pixel according to the analyzed relation; and a step of correcting the number of detection photons detected from each pixel by applying the estimated response properties of each pixel to images on which a subject is photographed. [Reference numerals] (AA) Start; (BB) End; (S310) Measurement of the number of detection photons detected at each pixel of a detector after passing through a medium while the thickness of the medium is changed; (S320) Analysis of a relation between the thickness of the medium and the number of incident photons on each pixel; (S330) Estimation of the response properties of each pixel; (S340) Determination of the equivalent medium thickness corresponding to an object by each pixel based on the response properties of each pixel; (S350) Determination of the number of the detection photons of each pixel based on the ideal number of the detection photons of each pixel corresponding to the thickness of the equivalent medium

Description

방사선 검출기의 불균일성 보정 방법{CORRECTION METHOD FOR NON-UNIFORMITY OF PHOTON COUNTING DETECTOR}Non-uniformity correction method of radiation detector {CORRECTION METHOD FOR NON-UNIFORMITY OF PHOTON COUNTING DETECTOR}

본 명세서는 방사선 검출기의 불균일성 보정 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로는 방사선 검출기로부터 얻어진 촬영 영상을 효과적으로 보정하는 방법 및 그에 사용되는 장치에 관한 것이다.The present disclosure relates to a method for correcting nonuniformity of a radiation detector, and more particularly, to a method for effectively correcting a photographed image obtained from a radiation detector and an apparatus used therefor.

최근 의료영상기술은 비약적으로 발전하여 지속적으로 새로운 융합형 영상장비의 개발이 이루어지고 있다.Recently, medical imaging technology has advanced dramatically, and new convergent imaging equipment has been continuously developed.

기존의 엑스선 검출기는 섬광결정 검출기를 이용하여 가시광선을 전기적신호로 변환하였으나, 최근의 광자계수 시스템에서는 반도체 검출기를 이용하여 전자-전공 쌍을 검출하고 이후 판별기를 지나면서 광자 수뿐만 아니라 에너지 정보도 얻을 수 있게 되었다.Conventional X-ray detectors convert visible light into electrical signals using scintillation crystal detectors. However, in the recent photon counting system, electron-electron pairs are detected using semiconductor detectors, and then, after passing through the discriminator, not only the number of photons but also energy information is passed. I can get it.

광자계수가 가능한 새로운 반도체 검출기인 CdZnTe(카드뮴 아연 텔루라이드), CdTe(카드뮴 텔루라이드)는 엑스선, 감마선 모두를 검출할 수 있는 장점을 가짐으로 하나의 검출기를 이용하여 기능적/해부학적 영상을 획득할 수 있어 연구가 활발히 진행되고 있다.CdZnTe (cadmium zinc telluride) and CdTe (cadmium telluride), which are new semiconductor detectors capable of photon counting, have the advantage of detecting both X-rays and gamma rays. As a result, research is being actively conducted.

또한 광자계수 기반의 CdTe 검출기는 높은 원자번호와 넓은 띠 간격을 갖고 있어, 검출효율이 높고 상온에서도 작동이 가능하여 의료영상에 응용하기에 적합하다. 그러나 CdTe 크리스탈을 크게 키우기 힘들기 때문에 생기는 크리스탈 자체의 결함문제와 CdTe 검출기의 가장자리(edge)부분과 ASIC(application specific integrated circuits)과의 거리가 멀어짐에 따른 영상의 불균일성 문제가 있었다.In addition, the photon count-based CdTe detector has a high atomic number and a wide band spacing, and thus has high detection efficiency and can be operated at room temperature. However, there was a problem of crystal defects caused by the difficulty of growing a CdTe crystal largely, and an unevenness of the image due to the distance between the edge of the CdTe detector and application specific integrated circuits (ASIC).

종래에 영상의 불균일성을 보정방법으로는 플랫-필드 보정(flat-field correction)법을 사용하였으나, 이는 영상의 노이즈 정보를 왜곡하여 잘못된 보정 영상을 얻게 되는 문제점이 발생할 가능성이 있다. Conventionally, a flat-field correction method has been used as a method for correcting image non-uniformity, but this may cause a problem that an incorrect corrected image is obtained by distorting noise information of the image.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로써, 본 발명의 목적은 CdTe 검출기의 각 픽셀마다 응답특성을 도출해냄으로써 영상을 보정하는 새로운 방법을 제공하는데 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a new method for correcting an image by deriving a response characteristic for each pixel of a CdTe detector.

본 명세서의 일 실시예에 따르면 광자계수 기반의 엑스선 검출기로 획득한 영상을 보정하는 방법이 개시된다. 상기 방법은, 매질의 두께를 변화시켜가며 상기 매질을 통과한 후 상기 광자계수 기반의 엑스선 검출기의 각 픽셀에서 검출된 검출 광자 수를 측정하는 단계와; 상기 측정에 근거하여 상기 매질의 각 두께와 상기 각 픽셀에 입사된 광자의 수와의 관계를 분석하는 단계와; 상기 분석된 관계에 따라 상기 각 픽셀의 응답특성을 추정하는 단계와; 임의의 피사체가 촬영된 영상에 상기 추정된 각 픽셀의 응답특성을 적용하여 상기 각 픽셀에서 검출된 검출 광자 수를 보정하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, a method of correcting an image acquired by a photon count based X-ray detector is disclosed. The method includes measuring the number of detected photons detected at each pixel of the photon count based X-ray detector after passing through the medium with varying thickness of the medium; Analyzing a relationship between each thickness of the medium and the number of photons incident on each pixel based on the measurement; Estimating a response characteristic of each pixel according to the analyzed relationship; The method may include correcting the number of detected photons detected by each pixel by applying the estimated response characteristic of each pixel to an image photographed by an arbitrary subject.

이때 상기 추정한 각 픽셀의 응답특성은At this time, the estimated response of each pixel is

Figure 112012073064085-pat00001
이며,
Figure 112012073064085-pat00001
Lt;

상기

Figure 112012073064085-pat00002
는 상기 매질의 두께이고, 상기
Figure 112012073064085-pat00003
Figure 112012073064085-pat00004
는 (i,j) 픽셀의 응답 특성 계수이고, 상기
Figure 112012073064085-pat00005
는 검출 광자 수 일 수 있다.remind
Figure 112012073064085-pat00002
Is the thickness of the medium, and
Figure 112012073064085-pat00003
Wow
Figure 112012073064085-pat00004
Is the response characteristic coefficient of the pixel (i, j),
Figure 112012073064085-pat00005
May be the number of photons detected.

바람직하게는 상기 매질은 알루미늄(aluminum)일 수 있다.Preferably the medium may be aluminum.

상기 광자계수 기반의 엑스선 검출기는 카드뮴 텔루라이드(CdTe) 검출기일 수 있다.The photon-based X-ray detector may be a cadmium telluride (CdTe) detector.

상기 검출 광자 수를 보정하는 단계는, 상기 추정된 각 픽셀의 응답특성을 기반으로 상기 각 픽셀별로 상기 피사체에 대응되는 등가 매질 두께를 결정하는 단계와; 상기 등가 매질 두께에 대응되는 이상적인 상기 각 픽셀 별 검출 광자 수를 기반으로 상기 각 픽셀 별 검출 광자 수를 결정하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 이상적인 상기 각 픽셀 별 검출 광자 수는 몬테칼로 시뮬레이션(Monte Carlo Simulation)을 통해 결정될 수 있다.The correcting the number of detected photons may include determining an equivalent medium thickness corresponding to the subject for each pixel based on the estimated response of each pixel; And determining the number of detected photons for each pixel based on the ideal number of detected photons for each pixel corresponding to the equivalent medium thickness, wherein the ideal number of detected photons for each pixel is Monte Carlo simulation (Monte). Carlo Simulation).

본 명세서의 다른 실시예에 따른 컴퓨터 판독 가능 기록매체는 상기 방법 중 어느 하나에 따른 방법의 각 단계를 수행하는 명령들을 포함할 수 있다.A computer readable recording medium according to another embodiment of the present specification may include instructions for performing each step of the method according to any one of the above methods.

본 명세서의 또 다른 실시예에 따르면 광자계수 기반의 엑스선 검출기로부터 획득된 영상을 보정하는 장치가 개시된다. 상기 장치는 매질의 두께를 변화시켜가며 상기 매질을 통과한 후 상기 광자계수 기반의 엑스선 검출기의 각 픽셀에서 검출된 검출 광자 수를 측정하는 검출부와; 상기 측정된 검출 광자 수에 근거하여 상기 매질의 각 두께와 상기 각 픽셀에 검출된 광자의 수와의 관계를 분석하고, 상기 분석된 관계에 따라 상기 각 픽셀의 응답특성을 추정하는 응답특성 추정부와; 임의의 피사체가 촬영된 영상에 상기 추정된 각 픽셀의 응답특성을 적용하여 상기 각 픽셀에서 검출된 검출 광자 수를 보정하는 영상보정부;를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present disclosure, an apparatus for correcting an image obtained from a photon count based X-ray detector is disclosed. The apparatus includes: a detector for measuring the number of detected photons detected at each pixel of the photon count-based X-ray detector after passing through the medium while changing the thickness of the medium; A response characteristic estimator for analyzing a relationship between each thickness of the medium and the number of photons detected in each pixel based on the measured number of detected photons, and estimating a response characteristic of each pixel according to the analyzed relationship Wow; And an image compensator for correcting the number of detection photons detected at each pixel by applying the estimated response of each pixel to an image photographed by an arbitrary subject.

바람직하게는 상기 매질은 알루미늄(aluminum)일 수 있다.Preferably the medium may be aluminum.

상기 광자계수 기반의 엑스선 검출기는 카드뮴 텔루라이드(CdTe) 검출기일 수 있다.The photon-based X-ray detector may be a cadmium telluride (CdTe) detector.

상기 영상보정부는 상기 추정된 각 픽셀의 응답특성을 기반으로 상기 각 픽셀별로 상기 피사체에 대응되는 등가 매질 두께를 결정하고, 상기 등가 매질 두께에 대응되는 이상적인 상기 각 픽셀 별 검출 광자 수를 기반으로 상기 각 픽셀 별 검출 광자 수를 결정할 수 있다.The image compensator determines an equivalent medium thickness corresponding to the object for each pixel based on the estimated response of each pixel, and based on the ideal number of detected photons for each pixel corresponding to the equivalent medium thickness. The number of detected photons for each pixel can be determined.

본 명세서에 개시된 실시예에 의하면, 각 픽셀마다 응답특성을 도출하고 적용함으로써 더 정확한 영상 보정을 실시할 수 있다.According to the embodiment disclosed herein, more accurate image correction can be performed by deriving and applying a response characteristic for each pixel.

도 1은 종래 기술에 따른 방사선 영상 기기를 도시한 개념도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 명세서의 일 실시예에 따라 광자 계수 검출기의 불균일성을 보정하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 영상 보정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 원본 영상 및 원본 영상의 픽셀 별 광자 수 분포를 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 4의 원본 영상을 본 명세서의 실시예에 따라 보정한 영상의 픽셀 별 광자 수 분포를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 명세서의 실시예에 따라 보정한 영상의 균일도(uniformity)를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 명세서의 일 실시예를 적용하기 위한 영상의 촬영에 사용된 피사체이다.
도 8은 도 7의 피사체를 촬영한 원본 영상 및 보정 영상이다.
도 9 및 도 10은 도 8의 원본 영상 및 보정 영상을 평가한 도표이다.
도 11은 본 명세서의 일 실시예에 따른 영상 보정 장치를 나타낸 블록도이다.
1 is a conceptual diagram illustrating a radiation imaging apparatus according to the prior art.
2A and 2B illustrate a method of correcting nonuniformity of a photon count detector according to an exemplary embodiment of the present specification.
3 is a flowchart illustrating an image correction method according to an exemplary embodiment of the present specification.
4 is a graph showing the distribution of photons per pixel of the original image and the original image.
FIG. 5 is a graph illustrating photon number distribution of each pixel of an image in which the original image of FIG. 4 is corrected according to an exemplary embodiment of the present specification.
6 is a graph illustrating uniformity of an image corrected according to an exemplary embodiment of the present specification.
7 is a subject used for capturing an image for applying an embodiment of the present specification.
8 is an original image and a corrected image of the subject of FIG. 7.
9 and 10 are diagrams evaluating the original image and the corrected image of FIG. 8.
11 is a block diagram illustrating an image calibrating apparatus according to an exemplary embodiment of the present specification.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.It is noted that the technical terms used herein are used only to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. It is also to be understood that the technical terms used herein are to be interpreted in a sense generally understood by a person skilled in the art to which the present invention belongs, Should not be construed to mean, or be interpreted in an excessively reduced sense. In addition, when the technical terms used herein are incorrect technical terms that do not accurately represent the spirit of the present invention, it should be replaced with technical terms that can be understood correctly by those skilled in the art. In addition, the general terms used in the present invention should be interpreted according to a predefined or prior context, and should not be construed as being excessively reduced.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니됨을 유의해야 한다. 본 발명의 사상은 첨부된 도면 외에 모든 변경, 균등물 내지 대체물에까지도 확장되는 것으로 해석되어야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to like or similar elements throughout the several views, and redundant description thereof will be omitted. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. It is to be noted that the accompanying drawings are only for the purpose of facilitating understanding of the present invention, and should not be construed as limiting the scope of the present invention with reference to the accompanying drawings. The spirit of the invention should be construed to extend to all changes, equivalents, and substitutes in addition to the accompanying drawings.

도 1은 종래 기술에 따른 방사선 영상 기기를 도시한 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a radiation imaging apparatus according to the prior art.

일반적으로 방사선 영상 기기는 물체(B)를 향해 방사선을 방출하는 방사선원(10)과, 물체(B)를 투과한 방사선을 검출하는 방사선 검출기(20) 및 물체(B)와 방사선 검출기(20) 사이에 배치되어 물체(B)를 투과한 방사선의 경로를 조절하는 조준기(30)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때 상기 검출기(20)는 광자 계수 검출기로 구성될 수 있다. 일반적으로, 광자 계수 검출기(photon counting detector)는 입사되는 빛의 광자(photon) 개수를 계수(counting)하는 검출기를 말한다. 광자 계수 검출기는 입사되는 빛에 포함된 광자를 검출하고 검출된 광자에 대응되는 펄스 신호를 출력하는 것이 가능하다. 광자의 개수는 이 펄스 신호에 대응될 수 있다. 광자 계수 검출기가 사용되는 경우, 광자 계수 검출기는 물체를 투과하여 검출기의 각 픽셀에 도달한 X-선의 광자를 계수하여 영상 판독기로 제공하며, 상기 영상 판독기는 각 픽셀 별 검출 광자 수에 기반하여 영상을 구현하는 것이 일반적이다.In general, the radiographic imaging apparatus includes a radiation source 10 that emits radiation toward an object B, a radiation detector 20 that detects radiation transmitted through the object B, and an object B and a radiation detector 20. It may be configured to include a collimator 30 disposed in the to adjust the path of the radiation transmitted through the object (B). In this case, the detector 20 may be configured as a photon count detector. In general, a photon counting detector refers to a detector that counts the number of photons of incident light. The photon count detector can detect photons included in incident light and output a pulse signal corresponding to the detected photons. The number of photons can correspond to this pulse signal. When a photon count detector is used, the photon count detector counts the photons of the X-rays that have passed through the object and reach each pixel of the detector and provide them to the image reader, the image reader based on the number of detected photons per pixel. It is common to implement

이때 여러 가지 이유(예컨대, 크리스탈 자체의 결함 또는 가장자리(edge) 등)로 인하여 각 픽셀에 입사되는 광자 수에 오차가 발생할 수 있다. 다시 말해, 특정 조건에서 이상적으로 입사되어야 할 광자 수와는 다른 수의 광자가 입사될 수 있으며, 이러한 오차를 보정하기 위하여 종래에는 플랫 필드(flat-field) 보정법이 사용되었다. 그러나 종래의 플랫 필드 보정법은 영상의 노이즈 정보를 왜곡하여 잘못된 보정 영상을 얻게 될 수도 있는 문제가 있었다.In this case, an error may occur in the number of photons incident on each pixel due to various reasons (for example, defects or edges of the crystal itself). In other words, a number of photons different from the number of photons that should ideally be incident under specific conditions may be incident, and a flat-field correction method has been conventionally used to correct this error. However, the conventional flat field correction method has a problem in that an incorrect corrected image may be obtained by distorting noise information of an image.

이에, 아래에서는 상기 오차를 효과적으로 보정하는 방안을 제안한다.Therefore, the following proposes a method for effectively correcting the error.

도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따라 광자 계수 검출기의 불균일성을 보정하는 방법을 나타낸 도면이다.2 is a diagram illustrating a method of correcting nonuniformity of a photon count detector according to an exemplary embodiment of the present specification.

먼저 도 2a는 상기 방법의 개요를 나타내는 모식도이다. 본 실시예를 수행하기 위해 방사선원(100), 광자 계수 검출기(200) 및 투과 매질(400)을 구비한다.First, FIG. 2A is a schematic diagram showing an outline of the method. A radiation source 100, a photon count detector 200 and a transmission medium 400 are provided for carrying out this embodiment.

이때 상기 방사선원은 X선(X-ray) 방출기일 수 있다. 또한 상기 광자 계수 검출기(200)는 카드뮴 텔루라이드(CdTe) 검출기 또는 카드뮴 아연 텔루라이드(CdZnTe) 검출기일 수 있다. 방사선원(100)에서 방출된 방사선은 매질(400)을 투과하여 검출기(200)로 입사되도록 구비된다.In this case, the radiation source may be an X-ray emitter. The photon count detector 200 may be a cadmium telluride (CdTe) detector or a cadmium zinc telluride (CdZnTe) detector. Radiation emitted from the radiation source 100 is provided to penetrate the medium 400 and enter the detector 200.

본 명세서에서 제안하는 보정 방법은 검출기 각 픽셀(pixel)의 응답 특성을 획득하고, 상기 각 픽셀의 응답 특성을 기반으로 촬영 영상을 보정하는 것이다. 상기 각 픽셀의 응답 특성은 응답특성 계수를 포함한 함수 형태로 획득될 수 있으며, 자세한 설명은 도 2b와 함께 서술한다.The correction method proposed in the present specification is to acquire response characteristics of each pixel of the detector and to correct a photographed image based on the response characteristics of each pixel. The response characteristic of each pixel may be obtained in the form of a function including a response characteristic coefficient, and a detailed description thereof will be described with reference to FIG. 2B.

상기 각 픽셀의 응답 특성은 특정 매질을 통과하여 상기 검출기(200)의 각 픽셀에 입사되는 광자 수를 반복 측정함으로써 획득될 수 있다. 즉, 변화되는 매질 조건 하에서 각 픽셀에 입사되는 광자 수가 어떻게 변화하는지 실험적으로 측정함으로써 획득될 수 있는 것이다.The response characteristic of each pixel may be obtained by repeatedly measuring the number of photons incident on each pixel of the detector 200 through a specific medium. That is, it can be obtained by experimentally measuring how the number of photons incident on each pixel changes under changing medium conditions.

이러한 각 픽셀의 응답특성 획득을 위하여, 상기 매질의 두께(thickness)를 변화시켜가며 그 때마다 각 픽셀에 입사되는 광자 수를 측정하는 것이 바람직하다. In order to obtain the response characteristics of each pixel, it is preferable to change the thickness of the medium and measure the number of photons incident on each pixel.

도 2b를 통해 본 명세서에서 제안하는 보정 방법을 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 설명의 편의를 위해 방사선원과 검출기 사이에 위치하는 매질은 알루미늄인 것으로 예시하여 기술한다.Referring to the correction method proposed in this specification in more detail with reference to Figure 2b as follows. For convenience of description, the medium located between the radiation source and the detector is exemplarily described as being aluminum.

검출기의 면적보다 크고, 균일한 알루미늄의 두께를 변화시켜가며 검출기에 입사되는 광자 수(등가적으로 에너지)를 변화시켰을 때, 검출기의 각 픽셀에서 검출되는 광자 수는 비어-램버트(Beer-Lambert)의 법칙에 따라 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.When the number of photons (equivalently energy) incident on the detector is larger than the area of the detector and the uniform aluminum thickness is changed, the number of photons detected at each pixel of the detector is Beer-Lambert. According to the law of Equation 1 may be expressed as

Figure 112012073064085-pat00006
Figure 112012073064085-pat00006

여기서 Io(E)는 입사하는 광자 수, I(E)는 검출기에서 검출되는 광자 수, μ는 매질(알루미늄)의 선형감약계수(linear attenuation coefficient), t는 알루미늄의 두께를 나타낸다.Where Io (E) is the number of incident photons, I (E) is the number of photons detected by the detector, μ is the linear attenuation coefficient of the medium (aluminum), and t is the thickness of the aluminum.

이상적인 경우라면, 특정 두께 t를 갖는 알루미늄을 투과하여 검출기의 픽셀에 도달하는 광자 수는 동일할 것이고 상기 수학식 1을 사용하여 구할 수 있다.In an ideal case, the number of photons passing through aluminum having a specific thickness t and reaching the pixel of the detector would be the same and can be obtained using Equation 1 above.

그러나, 실제로는 각 픽셀에 도달한 광자 수가 이상적인 경우와 다를 때가 더 많고, 이에 따라 각 픽셀 별에서 검출된 광자 수를 적절하게 보정해야 할 필요성이 대두된다.In practice, however, the number of photons reaching each pixel is often different from the ideal case, and thus there is a need for appropriate correction of the number of photons detected for each pixel.

본 명세서에서 제안하는 각 픽셀의 검출 광자 수를 보정하는 방법은, 검출기 각 픽셀의 응답 특성을 실험적으로 구하는 단계로부터 시작된다. 따라서, 검출기 각 픽셀의 응답 특성을 획득하기 위해, 통과 매질(알루미늄)의 두께(t) 변화에 따라 각 픽셀에서 검출되는 광자수(photon number)를 실험적으로 측정한다.The method of correcting the number of detected photons of each pixel proposed in the present specification starts with experimentally obtaining a response characteristic of each pixel of the detector. Therefore, in order to obtain the response characteristic of each pixel of the detector, the photon number detected in each pixel is experimentally measured according to the change in the thickness t of the passing medium (aluminum).

도 2b는 각각 다른 색(빨강, 파랑, 검정, 초록)으로 표시된 임의의 4개 픽셀에서 검출되는 광자 수를 그래프로 나타낸 것이다. 도 2b의 그래프(우측)는 상기 임의의 4개 픽셀에서 검출된, 특정 두께의 알루미늄을 통과한 광자 수를 도시한 것으로서, 방사선원에서 방사된 광자들이 동일한 두께의 알루미늄을 투과한 후 각 픽셀에 입사된 경우에도 (즉, 이상적으로는 각 픽셀에 입사된 광자 수가 같음에도 불구하고) 각 픽셀마다 검출되는 광자 수는 다름을 볼 수 있다.2B graphically illustrates the number of photons detected in any four pixels, each represented by a different color (red, blue, black, green). The graph in FIG. 2B (right) shows the number of photons that have passed through aluminum of a certain thickness, detected at any of the four pixels, where photons emitted from the radiation source enter each pixel after passing through aluminum of the same thickness. Even if the number of photons detected is different for each pixel (i.e., ideally the number of photons incident on each pixel) is different.

그러나, 동일한 두께의 알루미늄을 투과시켰을 때 각 픽셀마다 검출되는 광자 수는 다르지만, 알루미늄의 두께가 증가하는 경우 각 픽셀에서 검출되는 광자 수는 앞서 설명한 Beer-Lambert의 법칙에 의해 감소하는 경향을 보이기 때문에, 이러한 경향을 로그 함수(logarithm function)로 근사화(fitting)할 수 있다. 이러한 감소 경향을 각 픽셀의 응답특성으로 볼 수 있으며, 상기 각 픽셀의 응답특성을 하기 수학식 2과 같이 표현할 수 있다. However, although the number of photons detected for each pixel is different when the same thickness of aluminum is transmitted, the number of photons detected at each pixel tends to decrease according to Beer-Lambert's law as described above. This tendency can be approximated with a logarithm function. This decreasing tendency can be seen as a response characteristic of each pixel, and the response characteristic of each pixel can be expressed as Equation 2 below.

Figure 112012073064085-pat00007
Figure 112012073064085-pat00007

Figure 112012073064085-pat00008
는 알루미늄의 두께를 나타내고,
Figure 112012073064085-pat00009
Figure 112012073064085-pat00010
는 (i,j)픽셀의 응답 특성 상수(계수)이며,
Figure 112012073064085-pat00011
는 검출된 광자 수(또는 대응되는 에너지)이다. 이때
Figure 112012073064085-pat00012
Figure 112012073064085-pat00013
를 각 픽셀의 응답 특성 맵(map) 또는 각 픽셀의 응답 특성 계수라고 정의할 수 있다.
Figure 112012073064085-pat00008
Represents the thickness of aluminum,
Figure 112012073064085-pat00009
Wow
Figure 112012073064085-pat00010
Is the response characteristic constant (coefficient) of (i, j) pixels,
Figure 112012073064085-pat00011
Is the number of photons detected (or the corresponding energy). At this time
Figure 112012073064085-pat00012
Wow
Figure 112012073064085-pat00013
May be defined as a response characteristic map of each pixel or a response characteristic coefficient of each pixel.

(알고 있는) 알루미늄을 두께(T)를 변화시키면서 각 픽셀의 I를 측정하면, 각 픽셀의

Figure 112012073064085-pat00014
Figure 112012073064085-pat00015
를 더 정확하게 추정할 수 있다.By measuring the I of each pixel while varying the thickness T of the known aluminum,
Figure 112012073064085-pat00014
Wow
Figure 112012073064085-pat00015
Can be estimated more accurately.

이와 같이 각 픽셀의 응답특성(특히

Figure 112012073064085-pat00016
Figure 112012073064085-pat00017
)를 획득하게 되면, 임의의 물체를 촬영하였을 때, 상기 촬영된 영상의 각 픽셀에서 검출된 광자 수(
Figure 112012073064085-pat00018
) 및 상기 추정된 해당 픽셀의 응답특성 계수(
Figure 112012073064085-pat00019
Figure 112012073064085-pat00020
)를 이용하여 각 픽셀에서 검출된 광자 수를 보정할 수 있다. 즉, 촬영된 영상에 상기 획득된 각 픽셀의 응답특성을 적용하여 촬영 영상을 보정할 수 있는 것이다.As such, the response characteristics of each pixel (especially
Figure 112012073064085-pat00016
Wow
Figure 112012073064085-pat00017
), The number of photons detected at each pixel of the photographed image when an object is photographed.
Figure 112012073064085-pat00018
) And the estimated response characteristic coefficient of the corresponding pixel (
Figure 112012073064085-pat00019
Wow
Figure 112012073064085-pat00020
) Can be used to correct the number of photons detected at each pixel. That is, the captured image may be corrected by applying the response characteristics of the acquired pixels to the captured image.

이러한 보정을 더 구체적으로 기술하면, 아래와 같은 단계로 설명할 수 있다.If this correction is described in more detail, it can be described by the following steps.

임의의 물체가 촬영된 영상의 각 픽셀에서 검출된 광자 수(

Figure 112012073064085-pat00021
) 및 해당 픽셀의 응답특성 계수(
Figure 112012073064085-pat00022
Figure 112012073064085-pat00023
)를 상기 수학식 1에 적용하면, 각 픽셀마다 상기 임의의 물체와 등가(equivalent)인 알루미늄 두께(
Figure 112012073064085-pat00024
)를 구할 수 있다. The number of photons detected at each pixel of the image in which
Figure 112012073064085-pat00021
) And response coefficients for that pixel (
Figure 112012073064085-pat00022
Wow
Figure 112012073064085-pat00023
) Is applied to Equation 1, and for each pixel, an aluminum thickness (equivalent) equivalent to the arbitrary object (
Figure 112012073064085-pat00024
) Can be obtained.

이후 각 픽셀에서 검출된 광자 수(

Figure 112012073064085-pat00025
)에 상기 구해진 각 픽셀에 대한 등가 알루미늄 두께(
Figure 112012073064085-pat00026
)에 대응되는 보정 가중치를 가감하여, 해당 픽셀의 광자 수를 보정할 수 있다. 이때 상기 보정 가중치는, 각 픽셀에 대해 특정 두께의 알루미늄(즉, 각 픽셀에서 피촬영 물체와 등가인 알루미늄 두께(
Figure 112012073064085-pat00027
)을 통과했을 때의 이상적인(ideal) 검출 광자 수와 실제 검출 광자 수(
Figure 112012073064085-pat00028
)의 차이로 정해질 수 있다. 상기 이상적인(ideal) 검출 광자 수는 별도의 과정을 통하여 구해 질 수 있다.The number of photons detected at each pixel since
Figure 112012073064085-pat00025
Is the equivalent aluminum thickness for each pixel
Figure 112012073064085-pat00026
) Can be corrected by adding or subtracting a correction weight corresponding to). In this case, the correction weight is, for each pixel, aluminum having a specific thickness (that is, an aluminum thickness equivalent to the object to be photographed at each pixel)
Figure 112012073064085-pat00027
The number of ideal detected photons and the actual number of detected photons when passing through
Figure 112012073064085-pat00028
) Can be determined. The ideal number of detected photons can be obtained through a separate process.

상기 보정 가중치, 즉 이상적인 검출 광자 수를 구하기 위한 하나의 예시적인 방법으로서, 몬테칼로 시뮬레이션(Monte Carlo Simulation) 툴(tool)을 이용하는 방법을 기술한다.As one exemplary method for obtaining the correction weight, i.e., the ideal number of detected photons, a method using a Monte Carlo Simulation tool is described.

하기 수학식 3은 몬테칼로 시뮬레이션(Monte Carlo Simulation) 툴(tool)을 이용하여 특정 두께(

Figure 112012073064085-pat00029
)의 알루미늄을 통과했을 때 이상적인 검출 광자 수를 산출하는 관계식이다. 하기 수학식 3은 몬테칼로 시뮬레이션 툴로 GATE(GEANT4 Application for Tomographic Emission)를 사용했을 때의 산출 관계식이다. GEANT4는 입자와 물질 사이의 physics를 모사할 수 있으며, GATE는 GEANT4에 기반을 두는 응용프로그램으로, X선 촬영(X-ray radiography), 컴퓨터 단층촬영(computed tomography, CT) 및 방사선 요법(radiation therapy) 시스템을 모델링 할 수 있다.Equation 3 is a specific thickness using a Monte Carlo Simulation tool (tool)
Figure 112012073064085-pat00029
The equation for calculating the ideal number of detected photons when passing through aluminum. Equation 3 below is a calculation relation when GATE (GEANT4 Application for Tomographic Emission) is used as a Monte Carlo simulation tool. GEANT4 can simulate the physics between particles and materials, and GATE is an application based on GEANT4, with X-ray radiography, computed tomography (CT), and radiation therapy Model the system.

Figure 112012073064085-pat00030
Figure 112012073064085-pat00030

여기서

Figure 112012073064085-pat00031
는 특정 픽셀에서 특정 두께(T)의 알루미늄을 통과 후 이상적으로 검출되는 광자 수이고,
Figure 112012073064085-pat00032
는 알루미늄 두께이고,
Figure 112012073064085-pat00033
,
Figure 112012073064085-pat00034
,
Figure 112012073064085-pat00035
는 시뮬레이션 상에서 알루미늄 두께과 이상적 검출 광자 수 간의 관계를 나타내는 지수적 근사화(exponential fitting) 계수이다.here
Figure 112012073064085-pat00031
Is the number of photons ideally detected after passing aluminum of a certain thickness (T) in a particular pixel,
Figure 112012073064085-pat00032
Is aluminum thickness,
Figure 112012073064085-pat00033
,
Figure 112012073064085-pat00034
,
Figure 112012073064085-pat00035
Is an exponential approximation factor that represents the relationship between aluminum thickness and ideal number of detected photons in the simulation.

상기 수학식 3을 이용하여 특정 두께의 알루미늄을 투과한 후 이상적으로 검출되는 광자 수를 도출할 수 있다. 즉, 상기 GATE 툴을 이용하여 알루미늄의 두께 각각에 대해

Figure 112012073064085-pat00036
,
Figure 112012073064085-pat00037
,
Figure 112012073064085-pat00038
를 획득할 수 있다. 그 후 특정 픽셀에 대해 임의의 피촬영 물체와 등가인 알루미늄 두께(
Figure 112012073064085-pat00039
Figure 112012073064085-pat00040
,
Figure 112012073064085-pat00041
,
Figure 112012073064085-pat00042
을 상기 수학식 3에 적용하면
Figure 112012073064085-pat00043
를 구할 수 있다. 이와 같이 구해진
Figure 112012073064085-pat00044
는 특정 두께의 알루미늄을 투과한 후 이상적으로 검출되는 광자 수가 되는 것이다.By using Equation 3, the number of photons ideally detected after passing aluminum having a specific thickness may be derived. That is, for each thickness of aluminum using the GATE tool
Figure 112012073064085-pat00036
,
Figure 112012073064085-pat00037
,
Figure 112012073064085-pat00038
Can be obtained. Thereafter, for a particular pixel, the aluminum thickness equivalent to any photographed object (
Figure 112012073064085-pat00039
Wow
Figure 112012073064085-pat00040
,
Figure 112012073064085-pat00041
,
Figure 112012073064085-pat00042
Is applied to Equation 3 above
Figure 112012073064085-pat00043
Can be obtained. Thus obtained
Figure 112012073064085-pat00044
Is the number of photons ideally detected after passing through aluminum of a certain thickness.

요약하면, (1) 임의의 촬영 영상의 각 픽셀에서 검출된 광자 수(

Figure 112012073064085-pat00045
)에 각 픽셀의 응답 특성(예컨대 상기
Figure 112012073064085-pat00046
Figure 112012073064085-pat00047
)을 적용하여 각 픽셀에 대해 피촬영 물체와 등가인 알루미늄 두께(
Figure 112012073064085-pat00048
)를 산출하고,(예컨대, 수학식 2)In summary, (1) the number of photons detected at each pixel of any captured image (
Figure 112012073064085-pat00045
Response characteristics of each pixel (e.g.,
Figure 112012073064085-pat00046
Wow
Figure 112012073064085-pat00047
) So that for each pixel, the equivalent aluminum thickness (
Figure 112012073064085-pat00048
), (E.g., Equation 2)

(2) 상기 등가인 알루미늄 두께()에 대한 각 픽셀에서의 이상적인 검출 광자 수를 산출하면, (예컨대, 수학식 3)(2) the equivalent aluminum thickness ( Calculating the ideal number of detected photons at each pixel for

(3) 상기 산출된 검출 광자수가 각 픽셀에서의 보정된 검출 광자 수가 되는 것이다.(3) The calculated number of detected photons becomes the corrected number of detected photons in each pixel.

본 명세서의 위와 같은 보정을 통하여 기존 방법으로 보정한 것보다 더 정확한 영상을 획득할 수 있고, 이에 따라 영상 오판독의 위험을 줄일 수 있다.Through the above correction of the present specification it is possible to obtain a more accurate image than the correction by the existing method, thereby reducing the risk of image misreading.

도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 영상 보정 방법을 나타낸 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating an image correction method according to an exemplary embodiment of the present specification.

본 명세서에서 제안하는 영상 보정 방법은 검출기 각 픽셀(pixel)의 응답 특성을 획득하고, 상기 각 픽셀의 응답 특성을 기반으로 촬영 영상을 보정하는 것이다. 상기 각 픽셀의 응답 특성은 응답특성 계수를 포함한 함수 형태로 획득될 수 있으며, 자세한 설명은 도 2를 참조한다.The image correction method proposed in the present specification is to obtain a response characteristic of each pixel of the detector and to correct a photographed image based on the response characteristic of each pixel. The response characteristic of each pixel may be obtained in the form of a function including a response characteristic coefficient. For details, refer to FIG. 2.

상기 각 픽셀의 응답특성 획득을 위하여, 본 명세서에서 제안하는 영상 보정 방법의 일 실시예는 다음과 같은 단계를 통하여 이루어진다.In order to obtain a response characteristic of each pixel, an embodiment of the image correction method proposed in this specification is performed through the following steps.

도 3을 참조하면 본 명세서에 따른 영상 보정 장치는 매질의 두께를 변화시켜가며 상기 매질을 통과한 후 상기 광자계수 기반의 엑스선 검출기의 각 픽셀에서 검출된 검출 광자 수를 측정한다(S310). Referring to FIG. 3, the image correction apparatus according to the present disclosure measures the number of detected photons detected at each pixel of the X-ray detector based on the photon count after passing through the medium (S310).

이때 상기 광자계수 기반의 엑스선 검출기는 카드뮴 텔루라이드(CdTe) 검출기일 수 있으며, 상기 매질은 알루미늄(aluminum)일 수 있다.In this case, the photon-based X-ray detector may be a cadmium telluride (CdTe) detector, and the medium may be aluminum.

다음으로 상기 영상 보정 장치는 상기 측정에 근거하여 상기 매질의 각 두께와 상기 각 픽셀에 입사된 광자의 수와의 관계를 분석하고(S320), 상기 분석된 관계에 따라 상기 각 픽셀의 응답특성을 추정한다(S330).Next, the image correction apparatus analyzes the relationship between each thickness of the medium and the number of photons incident on each pixel based on the measurement (S320), and according to the analyzed relationship, the response characteristic of each pixel is determined. It is estimated (S330).

이때 상기 추정한 각 픽셀의 응답특성은,

Figure 112012073064085-pat00050
로 표현될 수 있으며, In this case, the estimated response of each pixel is
Figure 112012073064085-pat00050
Can be expressed as

상기

Figure 112012073064085-pat00051
는 상기 매질의 두께이고, 상기
Figure 112012073064085-pat00052
Figure 112012073064085-pat00053
는 (i,j) 픽셀의 응답 특성 계수이고, 상기
Figure 112012073064085-pat00054
는 검출 광자 수이다.remind
Figure 112012073064085-pat00051
Is the thickness of the medium, and
Figure 112012073064085-pat00052
Wow
Figure 112012073064085-pat00053
Is the response characteristic coefficient of the pixel (i, j),
Figure 112012073064085-pat00054
Is the number of photons detected.

다음으로 상기 영상 보정 장치는 임의의 피사체가 촬영된 영상에 상기 추정된 각 픽셀의 응답특성을 적용하여 상기 각 픽셀에서 검출된 검출 광자 수를 보정한다. 이때 상기 검출 광자 수를 보정은, 상기 추정된 각 픽셀의 응답특성을 기반으로 상기 각 픽셀별로 상기 피사체에 대응되는 등가 매질 두께를 결정하는 단계(S340)와 상기 등가 매질 두께에 대응되는 이상적인 상기 각 픽셀 별 검출 광자 수를 기반으로 상기 각 픽셀 별 검출 광자 수를 결정하는 단계(S350)를 통하여 수행될 수 있다. Next, the image correction apparatus corrects the number of detection photons detected in each pixel by applying the estimated response characteristic of each pixel to an image photographed by an arbitrary subject. The correction of the number of photons is performed by determining an equivalent medium thickness corresponding to the subject for each pixel based on the estimated response of each pixel (S340) and the ideal angle corresponding to the equivalent medium thickness. The detection photon number for each pixel may be determined based on the number of photons detected for each pixel (S350).

한편, 상기 이상적인 상기 각 픽셀 별 검출 광자 수는 몬테칼로 시뮬레이션(Monte Carlo Simulation)을 통해 결정될 수 있다.On the other hand, the ideal number of detection photons for each pixel can be determined through Monte Carlo Simulation.

도 4는 원본 영상 및 원본 영상의 픽셀 별 광자 수 분포를 나타낸 그래프이고, 도 5는 도 4의 원본 영상을 본 명세서의 실시예에 따라 보정한 영상의 픽셀 별 광자 수 분포를 나타낸 그래프이다.4 is a graph illustrating the distribution of photons per pixel of an original image and an original image, and FIG. 5 is a graph illustrating the distribution of photons per pixel of an image of the original image of FIG. 4 corrected according to an exemplary embodiment of the present specification.

도 4의 (a)는 60 kVp, 10 A를 이용하여 균일한 두께(1mm)의 알루미늄을 촬영한 영상이고, 도 4의 (b)는 상기 (a)영상의 각 행의 픽셀에서 검출된 광자 수의 값의 평균값(mean counts of each row)이며, 도 4의 (c)는 상기 (a)영상의 각 열의 픽셀에서 검출된 광자 수의 평균값 (mean counts of each colum)이다.FIG. 4 (a) is an image of aluminum having a uniform thickness (1 mm) using 60 kVp and 10 A, and FIG. 4 (b) shows photons detected in the pixels of each row of the image (a). Mean counts of each row, (c) of FIG. 4 is a mean counts of each colum detected in the pixels of each column of the image (a).

도 4 및 도 5의 영상을 획득하기 위하여 60 kVp, 10 A를 사용하였으며, X-ray 튜브(tube)와 검출기와의 거리는 100 cm 이다.In order to acquire the images of FIGS. 4 and 5, 60 kVp and 10 A were used, and the distance between the X-ray tube and the detector was 100 cm.

도 4 및 5는 균일한 두께(1mm)의 알루미늄을 영상화 한 것으로, 도 4의 (a)는 보정 전에 획득한 원본 영상으로 도 4의 (b), (c)에서 볼 수 있듯이, 검출기 각 모듈의 가장자리로 갈수록 검출 효율이 저하되는 것을 확인할 수 있으며, 균일한 두께의 알루미늄을 영상화 하였음에도 불구하고, 각 픽셀 별 검출 광자수의 차이가 큰 것을 확인할 수 있다.4 and 5 are images of aluminum having a uniform thickness (1 mm), and FIG. 4 (a) is an original image obtained before correction, as shown in FIGS. 4 (b) and (c). It can be seen that the detection efficiency is lowered toward the edge of, and although the aluminum of uniform thickness is imaged, the difference in the number of detected photons for each pixel is large.

도 5의 (a)는 도 4의 (a)영상을 본 명세서의 보정 방법을 이용하여 보정한 영상이고, 도 5의 (b)는 도 5의 (a)영상의 각 행의 픽셀에서 검출된 광자 수의 값의 평균값(mean counts of each row)이며, 도 5의 (c)는 (a)영상의 각 열의 픽셀에서 검출된 광자 수의 값의 평균값(mean counts of each colum)이다.FIG. 5A is an image obtained by correcting the image of FIG. 4A using the correction method of the present specification, and FIG. 5B is detected from the pixels of each row of the image of FIG. Mean counts of each row, and FIG. 5C is a mean counts of each colum detected in the pixels of each column of the image.

도 5의 (b)와 (c)에서 볼 수 있듯이, 각 행 및 각 열의 픽셀에서 검출된 광자 수가 평균값의 ±2%안에 드는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIGS. 5B and 5C, it can be seen that the number of photons detected in the pixels of each row and each column falls within ± 2% of the average value.

즉, 본 명세서의 보정 방법을 이용하면, 소정의 피사체를 촬영한 영상에서 각 픽셀에서의 검출되는 광자수가 이상적인 검출 광자수에 가깝게 보정됨을 알 수 있다.That is, using the correction method of the present specification, it can be seen that the number of photons detected at each pixel in the image photographing a predetermined subject is corrected to be close to the ideal number of detected photons.

도 6은 본 명세서의 실시예에 따라 보정한 영상의 균일도(uniformity)를 나타낸 그래프이다.6 is a graph illustrating uniformity of an image corrected according to an exemplary embodiment of the present specification.

도 6의 (a)는 원본영상 및 상기 원본 영상을 본 명세서의 실시예에 따라 보정한 영상의 변동 계수(COV, Coefficient of variation)를 각각 도시한 그래프이고, 도 6의 (b)는 원본영상(raw)과 종래 기술의 보정 방법(플랫-필드 방법)을 이용하여 보정한 영상의 COV를 각각 도시한 그래프이다.FIG. 6A is a graph showing a coefficient of variation (COV) of an original image and an image obtained by correcting the original image according to an embodiment of the present specification, and FIG. 6B is an original image. The graph shows the COV of the image corrected using raw and the prior art correction method (flat-field method).

도 6의 (a) 및 (b)는 COV(coefficient of variation)을 이용하여 영상의 균일도(uniformity) 특성을 평가한 것으로, COV는 하기 수학식 4로 표현할 수 있다.6 (a) and 6 (b) evaluate uniformity characteristics of an image using a coefficient of variation (COV), and the COV may be expressed by Equation 4 below.

Figure 112012073064085-pat00055
Figure 112012073064085-pat00055

여기서 σ는 표준편차, m은 평균값을 의미한다.Where σ is the standard deviation and m is the mean value.

도6의 (a)는 원본영상의 COV(‘Raw’로 표시)와 본 명세서의 보정 방법으로 보정한 영상의 COV(‘Corrected by RPC’로 표시)를 나타내며, 도 6의 (b)는 원본영상(raw)의 COV(‘Raw’로 표시)와 종래 flat-field 방법으로 보정한 영상의 COV(‘Corrected by flat-field with xx mm Al’로 표시) 나타낸다.6 (a) shows the COV of the original image (indicated by 'Raw') and the COV of the image corrected by the correction method of the present specification (indicated by 'Corrected by RPC'), and FIG. 6 (b) shows the original COV of the raw image (indicated by 'Raw') and COV of the image corrected by the conventional flat-field method (indicated by 'Corrected by flat-field with xx mm Al').

기존의 보정방법인 플랫-필드 방법은 하기 수학식 5와 같은 보정식을 사용한다.The flat-field method, which is a conventional correction method, uses a correction equation such as Equation 5 below.

Figure 112012073064085-pat00056
Figure 112012073064085-pat00056

여기서

Figure 112012073064085-pat00057
는 검출기의 모든 픽셀에서 검출된 광자수의 평균값이고,
Figure 112012073064085-pat00058
는 검출기의 각 픽셀에서 검출된 광자 수이다. 이때 영상을 획득하기 위해서는 피사체 없이 X-ray를 조사하거나, 또는 균일한 두께(예, Al 1mm, Al 5mm, Al 10mm)의 피사체를 두고 X-ray를 조사한다.here
Figure 112012073064085-pat00057
Is the average value of the number of photons detected in all pixels of the detector,
Figure 112012073064085-pat00058
Is the number of photons detected at each pixel of the detector. At this time, to obtain an image, X-ray is irradiated without a subject or X-ray is irradiated with a subject having a uniform thickness (eg, Al 1mm, Al 5mm, Al 10mm).

도 6을 참조하면, 도 6의 (a)에서 본 명세서의 보정 방법을 이용하여 보정한 영상은 원본 영상보다 COV값이 낮음을 볼 수 있다. 이는 상기 보정 영상에서 모든 픽셀의 평균 검출 광자 수 변동(variability)이 매우 낮음을 의미한다.Referring to FIG. 6, in FIG. 6A, the image corrected using the correction method of the present specification has a lower COV value than the original image. This means that the average detected photon number variation of all the pixels in the corrected image is very low.

이때 COV값이 피사체(알루미늄, Al)의 두께가 증가함에 따라 증가하는 이유는, 피사체의 두께가 증가함에 따라 검출기에서 검출되는 평균 광자수(m)가 줄어들고. 이는 σ값이 줄어드는 것보다 비중이 크기 때문이다. 또한 도 6의 (a)에서 본 명세서의 보정 방법을 이용하여 보정한 후에도 COV의 증가경향이 비슷하게 나타난 것은, 본 명세서의 보정 방법이 X-ray의 감쇠(attenuation) 정보를 잃지 않음을 의미한다.The reason why the COV value increases as the thickness of the subject (aluminum, Al) increases is that as the thickness of the subject increases, the average number of photons (m) detected by the detector decreases. This is because the specific gravity is larger than the value of σ decreases. In addition, even after the correction using the correction method of FIG. 6A in FIG. 6A, the increase in COV is similar, which means that the correction method of the present specification does not lose attenuation information of the X-ray.

도 6의 (b)는 종래 기술의 플랫-필드(flat-field) 방법을 사용하여 보정한 결과이며, 도 6의 (b)와 같이 특정 두께(5, 10, 15, 22 mm)의 피사체(알루미늄, Al)을 사용하여 플랫-필드 맵(flat-filed map)을 획득하고 이를 적용하면, 사용한 특정 두께에서만 COV값이 거의 0에 가까운 값을 보이고, 나머지 두께에서는 COV 값이 다시 증가하는 경향을 보인다. 이는 플랫-필드(flat-field) 보정 방법이 영상을 왜곡시킬 수 있음을 시사한다. 예를 들어 플랫-필드(flat-field) 보정을 위해 1mm 두께의 Al을 사용하였을 경우, 저 대조도 물질(Al 1mm)와 고 대조도 물질(Al 10mm)을 촬영한 영상을 보정하면, Al 1mm를 이용하여 flat-filed map을 획득하였기 때문에 저 대조도 물질(Al 1mm) 영상의 보정에서는 노이즈 없는(noise-free) 영상을 획득하게 되어 오히려 고 대조도 물질(Al 10mm)보다 더 잘 보이는 왜곡을 초래할 수 있다.FIG. 6 (b) shows a result of correction using the flat-field method of the prior art, and as shown in FIG. 6 (b), a subject having a specific thickness (5, 10, 15, 22 mm) ( If a flat-filed map is obtained and applied using aluminium (Al), the COV value is almost zero at the specific thickness used, and the COV value increases again at the remaining thickness. see. This suggests that the flat-field correction method can distort the image. For example, when 1mm thick Al is used for flat-field correction, when correcting images of low contrast material (Al 1mm) and high contrast material (Al 10mm), Al 1mm Since a flat-filed map was obtained using, a low-contrast material (Al 1mm) image was acquired to obtain a noise-free image. Instead, the distortion was more visible than a high contrast material (Al 10mm). Can cause.

도 7은 본 명세서의 일 실시예를 적용하기 위한 영상의 촬영에 사용된 피사체이고, 도 8은 도 7의 피사체를 촬영한 원본 영상 및 보정 영상이다.7 is a subject used to capture an image for applying an embodiment of the present disclosure, and FIG. 8 is an original image and a corrected image photographing the subject of FIG. 7.

도 7에 도시된 물체는 본 명세서의 보정 방법의 효과를 확인하기 위하여 제작한 원통형 모형(cylindrical phantom)이다. 상기 모형은 폴리 메탈 메탈크릴레이트(poly methyl methacrylate, PMM)로 구성되며, 20 mm 높이에 18 mm 직경이며, 5 mm 직경의 홀(hole)을 4개 포함한다. 상기 홀은 서로 다른 농도의 가돌리늄(gadolinum)으로 채워지며, 가돌리늄 농도는 각각 92.85, 185.70, 278.55, 371.40 mg/ml 이다.7 is a cylindrical phantom manufactured to confirm the effect of the correction method of the present specification. The model consists of poly methyl methacrylate (PMM), and has 20 mm height, 18 mm diameter, and includes four 5 mm diameter holes. The holes are filled with different concentrations of gadolinum, and the gadolinium concentrations are 92.85, 185.70, 278.55 and 371.40 mg / ml, respectively.

도 7의 모형을 촬영하여 획득한 원본 영상은 도 8의 (a)와 같으며, 도 8의 (b)는 플랫-필드(flat-field) 방법을 이용하여 보정한 영상, 도 8의 (c)는 본 명세서의 보정 방법을 이용하여 보정한 영상이다.The original image obtained by photographing the model of FIG. 7 is the same as that of FIG. 8A, and FIG. 8B is an image corrected using the flat-field method, and FIG. 8C. ) Is an image corrected using the correction method of the present specification.

도 8을 참조하여 보면, 본 명세서의 보정 방법을 이용하여 보정한 영상이 더욱 균일도가 높은 것을 확인할 수 있다. 각 영상에 대한 평가는 도 9 및 도 10에서 더 상세히 설명한다.Referring to FIG. 8, it can be seen that an image corrected using the correction method of the present specification has a higher uniformity. Evaluation of each image is described in more detail with reference to FIGS. 9 and 10.

도 9 및 도 10은 도 8의 원본 영상 및 보정 영상을 평가한 도표이다.9 and 10 are diagrams evaluating the original image and the corrected image of FIG. 8.

도 9의 (a), (b), (c)는 각각 도 8의 원본 영상, 종래 기술을 사용하여 보정한 영상 및 본 명세서의 보정 방법을 사용하여 보정한 영상을 대조도(contrast), 노이즈(noise), CNR(contrast-to-noise ratio) 항목으로 평가한 결과를 나타낸다.(A), (b), and (c) of FIG. 9 respectively show contrast and noise of the original image of FIG. 8, the image corrected using the prior art, and the image corrected using the correction method of the present specification. (noise) and CNR (contrast-to-noise ratio) items are shown.

각 그래프에서 ‘RAW’는 원본 영상, ‘Corrected by flat-field’는 종래의 플랫-필드 보정법으로 보정한 영상, ‘Corrected by RPC’는 본 명세서의 보정 방법으로 보정한 영상의 평가 결과를 각각 나타낸다.In each graph, 'RAW' is the original image, 'Corrected by flat-field' is the image corrected by the conventional flat-field correction method, and 'Corrected by RPC' is the evaluation result of the image corrected by the correction method of the present specification, respectively. Indicates.

도 9과 같이 본 명세서의 방법에 따른 보정 영상은, 원본 영상에 비해 그 대조도(contrast)가 같거나 더 낮은 경향을 보이지만, 원본영상이나 플랫-필드(flat-field) 방법에 의해서 보정된 영상보다 노이즈가 현저하게 줄어서, 결과적으로 CNR(contrast-to-noise ratio)이 증가함을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 9, the corrected image according to the method of the present specification shows the same or lower contrast than the original image, but is corrected by the original image or the flat-field method. The noise is significantly reduced, resulting in an increase in the contrast-to-noise ratio (CNR).

도 10은 종래의 보정 방법 및 본 명세서의 보정 방법으로 보정한 영상의 CNR 증가율을 나타낸 그래프이다.10 is a graph illustrating a CNR increase rate of an image corrected by a conventional correction method and a correction method of the present specification.

플랫 필드 보정법(Corrected by flat-field) 및 본 명세서의 보정 방법(Corrected by RPC’)은 원본 영상과 비교했을 때 각각 1.00-1.55 및 1.67-2.25 정도의 CNR 향상을 가져온다. 도 10을 참조하여 보면, 본 명세서의 보정 방법을 이용하여 보정한 영상이 종래 플랫 필드 방법으로 보정한 영상보다 CNR 향상도가 더 높은 것을 확인할 수 있다.Corrected by flat-field and corrected by RPC 'herein yield a CNR improvement of 1.00-1.55 and 1.67-2.25, respectively, when compared to the original image. Referring to FIG. 10, it can be seen that an image corrected using the correction method of the present specification has a higher CNR improvement than an image corrected by the conventional flat field method.

도 11은 본 명세서의 일 실시예에 따른 영상 보정 장치를 나타낸 블록도이다.11 is a block diagram illustrating an image calibrating apparatus according to an exemplary embodiment of the present specification.

본 명세서의 영상 보정 장치(100)는, 도 2 내지 도 10에서 설명한 영상 보정 방법을 수행한다. 즉 상기 영상 보정 장치(100)는 검출기 각 픽셀(pixel)의 응답 특성을 획득하고, 상기 각 픽셀의 응답 특성을 기반으로 촬영 영상을 보정할 수 있다. 상기 각 픽셀의 응답 특성은 응답특성 계수를 포함한 함수 형태로 획득될 수 있으며, 자세한 설명은 도 2 및 도 3을 참조한다.The image correction device 100 of the present specification performs the image correction method described with reference to FIGS. 2 to 10. That is, the image calibrating apparatus 100 may acquire a response characteristic of each pixel of the detector and correct the photographed image based on the response characteristic of each pixel. The response characteristic of each pixel may be obtained in the form of a function including a response characteristic coefficient. For details, refer to FIGS. 2 and 3.

상기 영상 보정 장치(100)는 검출부(101), 응답특성 추정부(102) 및 영상보정부(103)을 포함하여 구성될 수 있다.The image calibrating apparatus 100 may include a detector 101, a response characteristic estimator 102, and an image compensator 103.

상기 검출부(101)는 광자계수 기반의 엑스선 검출기의 각 픽셀에 입사되는 광자 수를 검출할 수 있다. 특히 상기 검출부(101)는 매질의 두께를 변화시켜가며 상기 매질을 통과한 후 상기 광자계수 기반의 엑스선 검출기의 각 픽셀에서 검출된 검출 광자 수를 측정할 수 있다. 이때 상기 광자계수 기반의 엑스선 검출기는 카드뮴 텔루라이드(CdTe) 검출기일 수 있으며, 상기 매질은 알루미늄(aluminum)일 수 있다.The detector 101 may detect the number of photons incident on each pixel of the X-ray detector based on the photon count. In particular, the detector 101 may measure the number of detected photons detected by each pixel of the X-ray detector based on the photon count after passing through the medium while changing the thickness of the medium. In this case, the photon-based X-ray detector may be a cadmium telluride (CdTe) detector, and the medium may be aluminum.

상기 응답특성 추정부(102)는 상기 검출부(101)에 의해 측정된 검출 광자 수에 근거하여 상기 매질의 각 두께와 상기 각 픽셀에 검출된 광자의 수와의 관계를 분석하고, 상기 분석된 관계에 따라 상기 각 픽셀의 응답특성을 추정할 수 있다.The response characteristic estimator 102 analyzes the relationship between the thickness of the medium and the number of photons detected in each pixel based on the number of photons detected by the detector 101, and the analyzed relation. The response characteristic of each pixel can be estimated according to the above.

상기 영상보정부(103)는 임의의 피사체가 촬영된 영상에 상기 추정된 각 픽셀의 응답특성을 적용하여 상기 각 픽셀에서 검출된 검출 광자 수를 보정할 수 있다. 이때 상기 영상보정부(103)는 상기 추정된 각 픽셀의 응답특성을 기반으로 상기 각 픽셀별로 상기 피사체에 대응되는 등가 매질 두께를 결정하고, 상기 등가 매질 두께에 대응되는 이상적인 상기 각 픽셀 별 검출 광자 수를 기반으로 상기 각 픽셀 별 검출 광자 수를 결정하는 방식으로 영상 보정을 수행할 수도 있다.The image correction unit 103 may correct the number of detected photons detected by each pixel by applying the estimated response characteristic of each pixel to an image photographed by an arbitrary subject. In this case, the image correction unit 103 determines an equivalent medium thickness corresponding to the subject for each pixel based on the estimated response characteristics of each pixel, and detects an ideal photon for each pixel corresponding to the equivalent medium thickness. Image correction may be performed by determining the number of detected photons for each pixel based on the number.

상기 검출부(101), 응답특성 추정부(102) 및 영상보정부(103)는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 더 포함할 수 있다.The detector 101, the response characteristic estimator 102, and the image compensator 103 may further include an application-specific integrated circuit (ASIC), another chipset, a logic circuit, and / or a data processing device.

본 명세서의 실시 예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 저장부(104)에 저장되고, 검출부(101), 응답특성 추정부(102) 및 영상보정부(103)에 의해 실행될 수 있다.When the embodiments of the present invention are implemented in software, the above-described techniques may be implemented with modules (processes, functions, and so on) that perform the functions described above. The module may be stored in the storage 104 and executed by the detector 101, the response characteristic estimator 102, and the image compensator 103.

이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 안되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있다.The embodiments described above are those in which the elements and features of the present invention are combined in a predetermined form. Each component or feature shall be considered optional unless otherwise expressly stated. Each component or feature may be implemented in a form that is not combined with other components or features. It is also possible to construct embodiments of the present invention by combining some of the elements and / or features. The order of the operations described in the embodiments of the present invention may be changed. Some configurations or features of certain embodiments may be included in other embodiments, or may be replaced with corresponding configurations or features of other embodiments. The present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. Accordingly, the foregoing detailed description should not be construed in a limiting sense in all respects, but should be considered as illustrative. The scope of the invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the invention are included in the scope of the invention. In addition, claims that do not have an explicit citation in the claims may be combined to form an embodiment or included in a new claim by amendment after the application.

Claims (11)

광자계수 기반의 엑스선 검출기로 획득한 영상을 보정하는 방법으로서,
매질의 두께를 변화시켜가며 상기 매질을 통과한 후 상기 광자계수 기반의 엑스선 검출기의 각 픽셀에서 검출된 검출 광자 수를 측정하는 단계;
상기 측정에 근거하여 상기 매질의 각 두께와 상기 각 픽셀에 입사된 광자의 수와의 관계를 분석하는 단계;
상기 분석된 관계에 따라 상기 각 픽셀의 응답특성을 추정하는 단계; 및
임의의 피사체가 촬영된 영상에 상기 추정된 각 픽셀의 응답특성을 적용하여 상기 각 픽셀에서 검출된 검출 광자 수를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A method of correcting an image obtained by a photon count based X-ray detector,
Measuring the number of detected photons detected at each pixel of the photon count based X-ray detector after passing through the medium with varying thickness of the medium;
Analyzing a relationship between each thickness of the medium and the number of photons incident on each pixel based on the measurement;
Estimating a response characteristic of each pixel according to the analyzed relationship; And
And correcting the number of detection photons detected at each pixel by applying the estimated response of each pixel to an image photographed by an arbitrary subject.
제1항에 있어서,
상기 추정한 각 픽셀의 응답특성은
Figure 112012073064085-pat00059
이며,
상기
Figure 112012073064085-pat00060
는 상기 매질의 두께이고, 상기
Figure 112012073064085-pat00061
Figure 112012073064085-pat00062
는 (i,j) 픽셀의 응답 특성 계수이고, 상기
Figure 112012073064085-pat00063
는 검출 광자 수인 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1,
The response characteristic of each estimated pixel is
Figure 112012073064085-pat00059
Lt;
remind
Figure 112012073064085-pat00060
Is the thickness of the medium, and
Figure 112012073064085-pat00061
Wow
Figure 112012073064085-pat00062
Is the response characteristic coefficient of the pixel (i, j),
Figure 112012073064085-pat00063
Is the number of photons detected.
제1항에 있어서,
상기 매질은 알루미늄(aluminum)인 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1,
The medium is aluminum.
제1항에 있어서,
상기 광자계수 기반의 엑스선 검출기는 카드뮴 텔루라이드(CdTe) 검출기인 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1,
And the photon count based X-ray detector is a cadmium telluride (CdTe) detector.
제1항에 있어서,
상기 검출 광자 수를 보정하는 단계는,
상기 추정된 각 픽셀의 응답특성을 기반으로 상기 각 픽셀별로 상기 피사체에 대응되는 등가 매질 두께를 결정하는 단계;
상기 등가 매질 두께에 대응되는 이상적인 상기 각 픽셀 별 검출 광자 수를 기반으로 상기 각 픽셀 별 검출 광자 수를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1,
Correcting the number of detected photons,
Determining an equivalent medium thickness corresponding to the subject for each pixel based on the estimated response of each pixel;
Determining the number of detected photons for each pixel based on the ideal number of detected photons for each pixel corresponding to the thickness of the equivalent medium.
제5항에 있어서,
상기 이상적인 상기 각 픽셀 별 검출 광자 수는 몬테칼로 시뮬레이션(Monte Carlo Simulation)을 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 5,
The ideal number of detected photons for each pixel is determined by Monte Carlo Simulation.
광자계수 기반의 엑스선 검출기로부터 획득된 영상을 보정하는 장치로서,
매질의 두께를 변화시켜가며 상기 매질을 통과한 후 상기 광자계수 기반의 엑스선 검출기의 각 픽셀에서 검출된 검출 광자 수를 측정하는 검출부;
상기 측정된 검출 광자 수에 근거하여 상기 매질의 각 두께와 상기 각 픽셀에 검출된 광자의 수와의 관계를 분석하고, 상기 분석된 관계에 따라 상기 각 픽셀의 응답특성을 추정하는 응답특성 추정부; 및
임의의 피사체가 촬영된 영상에 상기 추정된 각 픽셀의 응답특성을 적용하여 상기 각 픽셀에서 검출된 검출 광자 수를 보정하는 영상보정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 보정 장치.
An apparatus for correcting an image obtained from a photon count based X-ray detector,
A detector for changing the thickness of the medium and measuring the number of detected photons detected at each pixel of the X-ray detector based on the photon count after passing through the medium;
A response characteristic estimator for analyzing a relationship between each thickness of the medium and the number of photons detected in each pixel based on the measured number of detected photons, and estimating a response characteristic of each pixel according to the analyzed relationship ; And
And an image corrector for correcting the number of detected photons detected by each pixel by applying the estimated response characteristic of each pixel to an image photographed by an arbitrary subject.
제7항에 있어서,
상기 매질은 알루미늄(aluminum)인 것을 특징으로 하는 영상 보정 장치..
The method of claim 7, wherein
The medium is an image correction device, characterized in that aluminum (aluminum).
제7항에 있어서,
상기 광자계수 기반의 엑스선 검출기는 카드뮴 텔루라이드(CdTe) 검출기인 것을 특징으로 하는 영상 보정 장치.
The method of claim 7, wherein
The photon count based X-ray detector is a cadmium telluride (CdTe) detector, characterized in that the image.
제7항에 있어서,
상기 영상보정부는
상기 추정된 각 픽셀의 응답특성을 기반으로 상기 각 픽셀별로 상기 피사체에 대응되는 등가 매질 두께를 결정하고,
상기 등가 매질 두께에 대응되는 이상적인 상기 각 픽셀 별 검출 광자 수를 기반으로 상기 각 픽셀 별 검출 광자 수를 결정하는 것을 특징으로 하는 영상 보정 장치.
The method of claim 7, wherein
The video correction
Determine an equivalent medium thickness corresponding to the subject for each pixel based on the estimated response of each pixel;
And determining the number of detected photons for each pixel based on the ideal number of detected photons for each pixel corresponding to the equivalent medium thickness.
제1항 내지 제6항 중 어느 하나에 따른 방법의 각 단계를 수행하는 명령들을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 기록매체.A computer-readable recording medium comprising instructions for performing each step of the method according to any one of claims 1 to 6.
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