KR101636438B1 - 단일 그리드를 이용한 ｐｃｉ 기반의 엑스선 영상 생성 방법 및 그 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단일 그리드를 이용한 PCI(Phase-Contrast Image)기반의 엑스선 영상 생성 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 그리드가 개재된 상태에서 엑스선을 통해 대상체를 촬영한 영상을 푸리에 공간에서 주파수대로 분리한 뒤 이를 다시 역푸리에 변환하는 과정을 통해 대상체의 주파수 영역별 영상 이미지를 획득하여, 획득한 주파수 영역별 영상이미지를 바탕으로 엑스선을 통한 대상체의 산란영상 및/또는 위상대조영상을 추출함으로써 단일 그리드를 이용하는 단순한 구조로 대상체의 산란영상 및/또는 위상대조영상을 획득할 수 있는 단일 그리드를 이용한 PCI 기반의 엑스선 영상 생성 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 단일 그리드를 이용한 PCI(Phase-Contrast Image)기반의 엑스선 영상 생성 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 그리드가 개재된 상태에서 엑스선을 통해 대상체를 촬영한 영상을 푸리에 공간에서 주파수대로 분리한 뒤 이를 다시 역푸리에 변환하는 과정을 통해 대상체의 주파수 영역별 영상 이미지를 획득하여, 획득한 주파수 영역별 영상이미지를 바탕으로 엑스선을 통한 대상체의 산란영상 및/또는 위상대조영상을 추출함으로써 단일 그리드를 이용하는 단순한 구조로 대상체의 산란영상 및/또는 위상대조영상을 획득할 수 있는 단일 그리드를 이용한 PCI 기반의 엑스선 영상 생성 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
오늘날 방사선의 투과 성질를 이용하여 환자의 신체부위나 물체를 투시 촬영하는 방사선 촬영장치가 널리 활용되고 있다. 특히, 의학 영상장비로 널리 알려진 엑스선 촬영장치는 엑스선이 물체를 통과하는 동한 물체의 성질과 거리에 따라 감쇄하는 특성을 이용하여 영상을 얻는 장치로, 신체 내부 진단을 위한 의료분야에서의 활용은 물론 물체의 내부 결함을 밝혀내기 위한 비파괴 검사 분야 등에서 적극 활용되고 있다.
하지만, 엑스선의 흡수능의 차이를 이용하고 대조도(contrast) 화상을 얻는 엑스선 투시 화상 기술은 엑스선의 흡수능이 경원소가 되면 될수록 작아지기 때문에, 생체 연조직이나 소프트 물질에 대하여는 충분한 대조도를 기대할 수 없다는 문제가 있었다. 즉, 밀도가 낮은 물체는 엑스선에 대하여 거의 투명하기 때문에 종전의 투과영상방법에서는 원하는 대조도를 얻을 수 없었다. 예를 들면, 인체의 엑스선 투영영상 사진을 보면 주로 밀도가 큰 뼈는 잘 보이지만 생체장기와 같은 연한 조직에 대한 대조도는 약하여 정확한 식별이 어려울 때가 많다.
이러한 단점을 극복하기 위하여, 한국공개특허 제2011-0129302호에 개시되어 있는 바와 같이, 엑스선의 회절특성을 이용한 위상대조 촬영기법이 개발되고 있다. 위상대조 촬영기법은 물질의 경계면에서 엑스선이나 중성자 등이 미세하게 굴절되어 발생되는 간섭현상을 이용하여 경계면이 강조되도록 촬영하는 기법으로, 종래의 투과영상방법에 따른 영상에 비해 경계면에서 큰 밝기 차이를 나타내 경계면이 명확하게 구분되어 표현된다.
도 1은 종래의 위상대조 엑스선 영상 생성 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상술한 한국공개특허 제2011-0129302호에 개시되어 있는 종래 기술은 엑스선을 방출시키는 엑스선 소스, 엑스선의 위상을 변조해 간섭 강도분포를 발생시키기 위한 위상격자(phase grating, G1)와 상기 간섭 강도분포를 모아레의 강도분포로 변환하는 분석격자(Analyser grating, G2) 및 디텍터(Imaging Detector)를 포함하며, 저휘도 엑스선 튜브 등 결맞음성이 낮은 엑스선 광원을 사용할 경우 결 맞는 엑스선을 생성하는 광원격자(Source grating, G0)가 추가되어 구성된다. 이를 이용하여 대상체(object)에서 굴절되는 엑스선의 빔을 위상격자(G1)에 의해 분할하고, 이를 분석격자(G2)가 분석하는 역할을 한다.
엑스선 빔은 주기적 구조를 갖는 물체에 투과되어 일정한 거리에서 이 구조와 동일한 상을 형성하는데, 이를 자체영상(self-image) 또는 탈보트영상(Talbot-image)이라 한다. 이러한 자체영상의 강도분포에는 파면의 위상정보가 포함되어 있다. 즉, 위상격자(G1) 뒤에 탈보트(Talbot) 효과에 의해 생성된 선형의 주기를 갖는 자체영상이 형성되고, 상기 자체영상이 형성되는 지점에 분석격자(G2)가 위치함으로써 위상정보를 획득하며, 검출기가 이를 영상화함으로써 위상대조 영상을 획득한다.
그러나 이러한 위상대조 촬영 기법은 전문 및 고광도 엑스선 소스를 필요로하며, 3개의 격자를 완전히 일치시켜 서로 평행하게 배치해야 함에 따라 구성 및 촬영 과정이 복잡하고, 대상체와 디텍터 사이에 충분한 거리를 확보하여 확대된 영상을 획득하기 위해서는 기존의 디텍터보다 훨씬 넓은 면적의 디텍터가 필요하고, 이와 함께 광원 격자, 위상격자 및 흡수격자 또한 기존의 크기보다 훨씬 넒은 면적의 격자가 필요함에 따라 이로 인한 제조 및 설치상의 어려움은 물론 제조비용이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 본 발명의 목적은, 그리드가 개재된 상태에서 엑스선을 통해 대상체를 촬영한 영상을 푸리에 공간에서 주파수대로 분리한 뒤 이를 다시 역푸리에 변환하는 과정을 통해 대상체의 주파수 영역별 영상 이미지를 획득하여, 획득한 주파수 영역별 영상이미지를 바탕으로 엑스선을 통한 대상체의 산란영상 및/또는 위상대조영상을 추출함으로써 단일 그리드를 이용하는 단순한 구조로 대상체의 산란영상 및/또는 위상대조영상을 획득할 수 있는 단일 그리드를 이용한 PCI 기반의 엑스선 영상 생성 방법 및 그 장치를 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서 본 발명은, 엑스선 소스와 엑스선 검출기 사이에 단일 그리드만 위치한 상태에서의 촬영영상인 그리드 영상을 획득하는 단계, 상기 엑스선 소스와 엑스선 검출기 사이에 상기 단일 그리드 및 대상체가 위치한 상태에서의 촬영영상인 오브젝트 영상을 획득하는 단계, 상기 그리드 영상과 오브젝트 영상을 푸리에 공간에서 각각 제로 주파수대와 제1차 주파수대로 분리하는 단계, 상기 제로 주파수대와 제1차 주파수대로 분리된 그리드 영상과 오브젝트 영상을 다시 역푸리에 변환하는 단계 및 상기 역푸리에 변환된 제1차 주파수대의 그리드 영상과 오브젝트 영상을 이용하여 상기 대상체의 위상대조 영상을 획득하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 단일 그리드를 이용한 PCI기반의 엑스선 영상 생성 방법을 제공한다.
본 발명은 그리드가 개재된 상태에서 엑스선을 통해 대상체를 촬영한 영상을 푸리에 공간에서 주파수대로 분리한 뒤 이를 다시 역푸리에 변환하는 과정을 통해 대상체의 주파수 영역별 영상 이미지를 획득하여, 획득한 주파수 영역별 영상이미지를 바탕으로 엑스선을 통한 대상체의 산란영상 및/또는 위상대조영상을 추출함으로써 단일 그리드를 이용하는 단순한 구조로 대상체의 산란영상 및/또는 위상대조영상을 획득할 수 있다.
또한, 장치의 구성 및 촬영과정이 단순하고, 단일 그리드만을 사용하여 산란영상 및/또는 위상대조영상의 생성이 가능함에 따라 별도의 위상격자, 분석격자 및 광원격자가 필요하지 않아 제조비용이 저렴하며, 유지보수가 간편하다.
도 1은 종래의 위상대조 엑스선 영상 생성 장치의 개략적인 구성도.
도 2는 엑스선이 대상체를 투과할 때 발생되는 현상을 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단일 그리드를 이용한 PCI기반의 엑스선 영상 생성 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 엑스선 그리드의 구성을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 푸리에 공간에서 주파수대를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 산란영상, 흡수영상 및 위상대조 영상을 생성하는 방법을 그림으로 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 단일 그리드를 이용한 PCI 기반의 엑스선 영상 생성 방법을 순차적으로 도시한 순서도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 볼펜, 칫솔, 약통 및 도토리의 산란영상, 흡수영상 및 위상대조 영상을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 산란영상, 흡수영상 및 위상대조 영상을 결합한 예를 나타낸 도면.
도 2는 엑스선이 대상체를 투과할 때 발생되는 현상을 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단일 그리드를 이용한 PCI기반의 엑스선 영상 생성 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 엑스선 그리드의 구성을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 푸리에 공간에서 주파수대를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 산란영상, 흡수영상 및 위상대조 영상을 생성하는 방법을 그림으로 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 단일 그리드를 이용한 PCI 기반의 엑스선 영상 생성 방법을 순차적으로 도시한 순서도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 볼펜, 칫솔, 약통 및 도토리의 산란영상, 흡수영상 및 위상대조 영상을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 산란영상, 흡수영상 및 위상대조 영상을 결합한 예를 나타낸 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 엑스선이 대상체를 투과할 때 발생되는 현상을 개략적으로 나타낸 도면이다.
입자성과 파동성을 모두 갖는 엑스선을 전자기파로 파악하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 엑스선은 대상체를 통과하면서 진폭이 감소하고 위상변이(phase shift)가 발생한다.
엑스선이 대상체를 통과하면서 그 위상이 변이되는 것은 대상체를 구성하는 물질에 의해 엑스선에 미세 산란에 의한 굴절 및 간섭 현상이 나타나기 때문이다. 즉, 평행으로 대상체에 입사한 엑스선 빔이 대상체의 경계면에서 굴절하여 직진에서 약간 벗어나게 된다. 생물 대상체의 경우 대략 10~30keV의 엑스선 에너지에서 1~10μrad의 작은각의 구부러짐이 생기며, 이것은 대상체에서 1m 떨어진 곳에서 1~10μm의 매우 작은 비낌을 가져온다. 이 비낌은 대상체 표면과 공기의 경계면에서 뿐만 아니라, 대상체 내에서 약간의 굴절률의 차이가 있는 곳마다 생겨 엑스선파전면(wave front)의 부분 부분에 따라 달라진다.
즉, 엑스선 소스에서 엑스선을 발생시켜 대상체에 조사하고, 대상체를 투과한 엑스선을 엑스선 검출기를 통해 검출할 경우, 검출된 엑스선의 세기(intensity)는 엑스선의 감쇠정보와 엑스선의 위상 변이에 관한 정보를 포함한다. 이때, 이러한 엑스선 촬영을 통해 획득된 영상신호에서의 대상체를 통과하는 과정에서 발생하는 미세 산란에 의한 위상변위 정보는 전반적인 감쇠신호의 변화에 비해 상대적으로 미세한 크기 변화만을 보이게 되어 고주파 성분의 띄게 되는데, 그 신호값의 변화량이 감쇠신호의 변화에 비해 절대적으로 작아 이러한 미세 산란에 의한 위상변이 정보만을 따로 추출하기는 용이하지 않다.
이를 위해, 본 발명에서는 엑스선 그리드를 이용하여, 광원과 검출기 사이에 그리드가 개재된 상태에서 엑스선을 통해 대상체를 촬영한 후, 대상체를 통과하면서 발생되는 미세산란에 의한 엑스선의 위상변이 정보가 검출기에서 검출되는 영상신호에서 고주파 성분으로 얻어지게 된다는 점에 착안하여, 엑스선 소스와 검출기 사이에 대상체가 존재하지 않고 그리드만 위치한 상태에서의 촬영 영상과(이하, 그리드 영상), 엑스선 소스와 검출기 사이에 대상체가 존재하는 상태에서의 촬영 영상(이하, 오브젝트 영상)을 이용하여, 푸리에 공간에서 주파수대로 각각 분리한 뒤 이를 다시 역푸리에 변환하고, 오브젝트의 고주파 영상을 그리드의 고주파 영상으로 정규화하여 오브젝트의 고주파 영상 내에서 그리드의 고주파 성분을 제거함으로써, 대상체의 고주파 영상만을 이용하여 산란영상 및/또는 위상대조영상을 생성한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단일 그리드를 이용한 PCI기반의 엑스선 영상 생성 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 엑스선 영상 생성 장치는 엑스선을 발생시켜 대상체(300)에 조사하는 엑스선 소스(100), 엑스선 그리드(200), 상기 엑스선 그리드(200)가 개재된 상태에서 상기 대상체(300)와 일정 거리만큼 이격되어 상기 대상체(300)를 투과한 엑스선을 검출하는 엑스선 검출기(400) 및 상기 엑스선 검출기(400)로부터 검출된 엑스선을 푸리에 공간에서 제로 주파수대와 제1차 주파수대로 분리한 뒤 이를 다시 역푸리에 변환하여 대상체의 주파수 영역별 영상 이미지를 획득하고, 획득한 주파수 영역별 영상 이미지를 정규화하여 상기 대상체의 산란영상 및/또는 위상대조영상을 획득하는 영상처리부(미도시)를 포함하여 구성된다.
엑스선 소스(100)는 엑스선을 발생시켜 대상체(300)에 조사한다. 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 소스(100)는 형광색 등을 측정하기에 효과적인 폴리크로메틱(Polychromatic) 방식을 사용하는 것이 바람직하며, 촬영하고자 하는 대상체의 종류 및 사용 환경에 따라 선형, 원형, 아크형 및 이의 조합 중 어느 하나 이상으로 배열될 수 있고, 그 배열 밀도가 조절될 수 있다.
엑스선 그리드(200)는 대상체를 촬영한 영상이 투과되어 그리드의 셀별로 쪼개져 다수의 고주파 성분을 포함하도록 하기 위해 구비된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 그리드(200)는 엑스선을 흡수하는 물질의 스트립 형태의 흡수체와 X선을 투과하는 물질의 스트립 형태의 투과체가 교대로 반복 배치한 격자 모양의 구조를 가진다. 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 그리드는, 투과체의 거리(D)가 0.102mm, 흡수체의 거리(d)가 0.025mm, 높이(h)가 0.510mm로 구성된 밀한매질로, 그리드의 투과체를 투과하는 엑스선은 도 5에 도시된 바와 같이, 푸리에 공간에서 제로 주파수 부근의 상부에 위치하는 제1차 주파수대(고주파)의 강한 피크를 포함하게 된다. 이하에서 설명되는 본 발명의 실시예들에 있어서는, 엑스선 그리드(200)가 엑스선 소스(100)와 대상체(300) 사이에 위치하도록 도시되어 있으나, 엑스선 그리드(200)가 대상체(300)와 엑스선 검출기(400) 사이에 위치하여도 무방하다.
엑스선 검출기(400)는 엑스선 소스(100)와 대향하는 위치에서 대상체(300)와 일정 거리만큼 이격되어 배치되며, 엑스선에 반응하여 컨버터를 통해 가시광선으로 변환하고, 변환된 가시광선을 검출하여 전기적인 신호로 출력하는 이미지 센서를 포함한다. 상기 이미지 센서는 가시광선을 픽셀별 전기적인 신호로 변환하는 복수개의 포토다이오드(photodiode, PD)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 구성에서 엑스선 소스로부터 조사되어 그리드 및 대상체를 투과한 엑스선은 엑스선 검출기로 들어가게 되고, 엑스선 검출기에서 가시광선으로 변환된 뒤, 전기적인 신호로 변환되어 영상처리부로 입력된다.
영상처리부는 엑스선 검출기(400)로부터 검출된 엑스선을 푸리에 공간에서 제로 주파수대와 제1차 주파수대로 분리한 뒤 이를 다시 역푸리에 변환하여 대상체의 주파수 영역별 영상 이미지를 획득하고, 획득한 주파수 영역별 영상 이미지를 정규화하여 상기 대상체의 산란영상 및/또는 위상대조영상을 생성한다.
특히, 본 발명은 도 6에 도시된 바와 같이, 엑스선 그리드만을 촬영한 영상을 대상체를 촬영한 영상의 정규화를 위한 필터로 적용함으로써, 대상체의 고주파 영상만을 이용하여 산란영상 및/또는 위상대조영상을 생성할 수 있게 된다. 즉, 본 발명에서는 엑스선 소스(100)와 엑스선 검출기(400) 사이에 대상체(300)가 존재하지 않고 그리드만 위치한 상태에서의 촬영 영상인 그리드 영상(그리드)과, 엑스선 소스와 검출기 사이에 그리드 및 대상체가 존재하는 상태에서의 촬영 영상인 오브젝트 영상(그리드+대상체)을 획득하여 푸리에 공간에서 제로 주파수대와 제1차 주파수대로 분리한 뒤 이를 다시 역푸리에 변환하여 대상체의 주파수 영역별 영상 이미지(오브젝트 제1차 주파수 이미지, 오브젝트 제로 주파수 이미지, 그리드 제1차 주파수 이미지, 그리드 제로 주파수 이미지)를 각각 획득하고, 오브젝트의 고주파 영상을 그리드의 고주파 영상으로 정규화하여 오브젝트의 고주파 영상 내에서 그리드의 고주파 성분을 제거함으로써, 대상체의 고주파 영상만을 이용하여 산란영상 및/또는 위상대조영상을 생성한다. 여기서, 대상체의 산란영상 및 위상대조 영상을 생성하는 방법은 하기의 도 7을 통해 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 단일 그리드를 이용한 PCI 기반의 엑스선 영상 생성 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명은 엑스선 소스와 검출기 사이에 대상체가 존재하지 않고 그리드만 위치한 상태에서의 촬영 영상인 그리드 영상과, 엑스선 소스와 검출기 사이에 그리드와 대상체가 존재하는 상태에서의 촬영 영상인 오브젝트 영상을 각각 획득한다(S612).
이어서, 그리드 영상과 오브젝트 영상을 푸리에 공간에서 필터(Band-pass window)를 사용하여 각각 제로 주파수대와 제1차 주파수대로 분리한다(S614). 그리드 영상 및 오브젝트 영상은 푸리에 공간에서 제로 주파수 부근의 강한 피크와 미세 산란에 의해 발생되는 고주파 피크(제1차 주파수대)를 포함한다.
다음으로 제로 주파수대와 제1차 주파수대로 분리된 그리드 영상과 오브젝트 영상을 각각 다시 역푸리에 변환한다(S616). 이에 따라, 각각 그리드 제로 주파수 이미지(
), 그리드 제1차 주파수 이미지(
), 오브젝트 제로 주파수 이미지(
), 오브젝트 제1차 주파수 이미지(
)를 획득한다.
이때, 획득된 오브젝트 제로 주파수 이미지(
)는 대상체를 통과하며 흡수에 의해 감쇠되는 엑스선 영상신호가 얻어지게 되므로, 흡수영상(absorption image)은 그리드 제로 주파수 이미지(
)로 오브젝트 제로 주파수 이미지(
)를 정규화(S618)함으로써 획득되며(S620), 이를 수학식으로 표현할 경우 하기의 [수학식 1]과 같다. 이때, 오브젝트 제로 주파수 이미지는 상기 정규화에 의해 그리드 성분이 제거된다.
또한, 오브젝트 제1차 주파수 이미지(
)는 대상체를 통과하며 발생하는 엑스선의 미세 산란에 의한 굴절 및 간섭 현상이 반영되어 획득되는 영상신호가 얻어지게 되므로, 이에 근거하여 그리드 제1차 주파수 이미지를 그리드 제로 주파수 이미지로 정규화 한(S622) 그리드의 비율(
)로 오브젝트 제1차 주파수 이미지를 오브젝트 제로 주파수 이미지로 정규화 한(S624) 오브젝트의 비율(
)을 정규화함으로써(S626) 산란영상(Scatter image)를 획득할 수 있으며(S628), 이를 수학식으로 표현할 경우 하기의 [수학식 2]와 같다. 상기 정규화 과정을 통해 오브젝트 제1차 주파수 이미지에서 오브젝트 제로 주파수 이미지 성분 및 그리드 성분이 제거됨으로써 대상체의 미세산란에 의한 산란영상을 획득할 수 있게 된다.
이때, 산란 이미지의 강도는 대상체의 크기, X선 파장, 그리드 간격 및 시스템의 구조에 따라 달라지며, 높은 산란 길이 스케일은 높은 산란 신호를 회득한다. 본 발명에서는 산란 길이 스케일(scattering length scale)을 하기의 [수학식 3]과 같이 정의하여 규정된 산란 이미지의 강도를 획득할 수 있도록 제공한다.
여기서,
또한, 위상대조 영상을 추출함에 있어서는, 대상체를 통과하여 발생하는 미세 산란에 의한 위상 변위 효과에 대한 영상신호의 위상 변위 값을 추출하기 위해, 상술한 그리드 제1차 주파수 이미지와 오브젝트의 제1차 주파수 이미지를 위상 변위(phase shift)하고(S630), 위상 변위 된 오브젝트 고주파 위상맵에서 그리드 고주파 위상맵을 제거함으로써(S632) 대상체의 위상대조 영상을 획득한다(S634). 이를 수학식으로 표현할 경우 하기의 [수학식 4]와 같다.
여기서,
상술한 바와 같은 단계를 거쳐, 본 발명은 그리드가 개재된 상태에서 엑스선을 통해 대상체를 촬영한 영상을 푸리에 공간에서 주파수대로 분리한 뒤 이를 다시 역푸리에 변환하고, 그리드만을 촬영한 영상으로 정규화를 수행하여 대상체를 촬영한 영상 내에 그리드 성분을 제거함으로써, 대상체의 산란영상 및/또는 위상대조영상을 획득할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 볼펜, 칫솔, 약통 및 도토리의 산란영상, 흡수영상 및 위상대조 영상을 나타낸 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명은 단일 그리드 기반에서 엑스선을 통해 대상체를 촬영한 영상을 푸리에 공간에서 주파수대로 분리한 뒤 이를 다시 역푸리에 변환하고, 그리드만을 촬영한 영상으로 정규화를 수행하여 대상체를 촬영한 영상 내에 그리드 성분을 제거함으로써, 대상체의 산란영상, 흡수영상 및 위상대조 영상을 각각 생성할 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 산란영상, 흡수영상 및 위상대조 영상을 하나의 영상으로 결합하여 재구성함으로써 종래의 투과 및 흡수 영상과는 다른 고화질의 분해능 영상을 획득할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.
100 : 엑스선 소스 200 : 엑스선 그리드
300 : 대상체 400 : 엑스선 검출기
300 : 대상체 400 : 엑스선 검출기
Claims (10)
- 단일 그리드를 이용한 PCI 기반의 엑스선 영상 생성 방법에 있어서,
엑스선 소스와 엑스선 검출기 사이에 단일 그리드만 위치한 상태에서의 촬영영상인 그리드 영상을 획득하는 단계;
상기 엑스선 소스와 엑스선 검출기 사이에 상기 단일 그리드 및 대상체가 위치한 상태에서의 촬영영상인 오브젝트 영상을 획득하는 단계;
상기 그리드 영상과 오브젝트 영상을 푸리에 공간에서 각각 제로 주파수대와 제1차 주파수대로 분리하는 단계;
상기 제로 주파수대와 제1차 주파수대로 분리된 그리드 영상과 오브젝트 영상을 다시 역푸리에 변환하는 단계; 및
상기 역푸리에 변환된 제1차 주파수대의 그리드 영상과 오브젝트 영상을 이용하여 상기 대상체의 위상대조 영상을 획득하는 단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 단일 그리드를 이용한 PCI기반의 엑스선 영상 생성 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 대상체의 위상대조 영상을 획득하는 단계에서는,
상기 역푸리에 변환된 제1차 주파수대의 그리드 영상과 오브젝트 영상을 각각 위상변위하고, 상기 위상변위된 제1차 주파수대 오브젝트 영상에서 상기 위상변위된 제1차 주파수대 그리드 영상 성분을 제거하여 상기 대상체의 위상대조 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 단일 그리드를 이용한 PCI기반의 엑스선 영상 생성 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 역푸리에 변환된 제로 주파수대와 제1차 주파수대의 그리드 영상과 오브젝트 영상을 이용하여 상기 대상체의 산란영상을 획득하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 그리드를 이용한 PCI기반의 엑스선 영상 생성 방법.
- 제 3항에 있어서,
상기 대상체의 산란영상을 획득하는 단계에서는,
상기 제1차 주파수대의 그리드 영상을 상기 제로 주파수대의 그리드 영상으로 정규화하고,
상기 제1차 주파수대의 오브젝트 영상을 상기 제로 주파수대의 오브젝트 영상으로 정규화하며,
상기 정규화된 제1차 주파수대의 오브젝트 영상에서 상기 정규화된 제1차 주파수대의 그리드 영상 성분을 제거하여 상기 대상체의 산란영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 단일 그리드를 이용한 PCI기반의 엑스선 영상 생성 방법.
- 제 3항에 있어서,
상기 제로 주파수대의 오브젝트 영상에서 상기 제로 주파수대의 그리드 영상 성분을 제거하여 상기 대상체의 흡수영상을 획득하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 그리드를 이용한 PCI기반의 엑스선 영상 생성 방법.
- 제 5항에 있어서,
상기 위상대조 영상, 흡수영상 및 산란영상을 하나의 영상으로 결합하여 대상체의 엑스선 영상을 재구성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 그리드를 이용한 PCI기반의 엑스선 영상 생성 방법.
- PCI 기반의 엑스선 영상을 생성하는 엑스선 영상 생성 장치에 있어서,
엑스선을 발생시켜 대상체에 조사하는 엑스선 소스;
상기 엑스선 소스와 대향하는 위치에서 상기 대상체와 일정 거리만큼 이격되어 상기 대상체를 투과한 엑스선을 검출하는 엑스선 검출기;
스트립 형태의 투과체 및 흡수체가 교대로 반복 배치된 격자 모양의 구조로 구성되어 상기 엑스선 소스와 엑스선 검출기 사이에 배치되는 엑스선 그리드; 및
상기 엑스선 검출기로부터 검출된 엑스선을 푸리에 공간에서 주파수대로 각각 분리한 뒤 이를 다시 역푸리에 변환하여 대상체의 주파수 영역별 영상 이미지를 획득하고, 상기 대상체의 주파수 영역별 영상 이미지를 바탕으로 상기 대상체의 위상대조 영상을 생성하는 영상처리부;
를 포함하여 구성되는 단일 그리드를 이용한 PCI기반의 엑스선 영상 생성 장치.
- 제 7항에 있어서,
상기 영상처리부는,
상기 대상체의 주파수 영역별 영상 이미지를 바탕으로 상기 대상체의 산란영상 및/또는 흡수영상을 생성하는 기능을 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는 단일 그리드를 이용한 PCI기반의 엑스선 영상 생성 장치.
- 제 7항에 있어서,
상기 엑스선 그리드는,
상기 엑스선 소스와 상기 대상체 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 단일 그리드를 이용한 PCI기반의 엑스선 영상 생성 장치.
- 제 7항에 있어서,
상기 엑스선 그리드는,
상기 대상체와 상기 엑스선 검출기 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 단일 그리드를 이용한 PCI기반의 엑스선 영상 생성 장치.
Priority Applications (1)
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| KR1020150037260A KR101636438B1 (ko) | 2015-03-18 | 2015-03-18 | 단일 그리드를 이용한 ｐｃｉ 기반의 엑스선 영상 생성 방법 및 그 장치 |
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| KR1020150037260A KR101636438B1 (ko) | 2015-03-18 | 2015-03-18 | 단일 그리드를 이용한 ｐｃｉ 기반의 엑스선 영상 생성 방법 및 그 장치 |
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Cited By (1)
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- 2015-03-18 KR KR1020150037260A patent/KR101636438B1/ko active IP Right Grant
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