KR101850320B1 - 단층 촬영 장치 및 오차 제거 방법 - Google Patents

단층 촬영 장치 및 오차 제거 방법 Download PDF

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Abstract

단층 촬영 장치 및 오차 제거 방법이 개시된다. 단층 촬영 장치의 오차 제거 방법은 회전 스테이지 상에 수직으로 배치된 모세관 내에 시료가 삽입된 후 모세관을 촬영하여 기준 이미지로 설정하는 단계, 회전 스테이지를 회전시키면서 기 설정된 각도마다 모세관의 회전 이미지를 촬영하는 단계, 기준 이미지를 기초로 촬영된 회전 이미지 각각에 포함된 모세관 객체 또는 시료 객체의 상대적 위치 차이를 산출하는 단계, 촬영된 회전 이미지 각각에 대해 모세관 객체 또는 시료 객체의 상대적 위치 차이를 보정하여 시료 객체의 위치를 정렬하는 단계 및 복수의 정렬된 회전 이미지를 이용하여 단층 촬영 이미지를 획득하는 단계를 포함한다.

Description

단층 촬영 장치 및 오차 제거 방법{COMPUTED TOMOGRAPHY AND METHOD OF ERROR CORRECTION}
본 발명은 단층 촬영 장치 및 오차 제거 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물체가 촬영된 이미지에 나타나는 회전 스테이지의 기계적 오차를 제거하는 단층 촬영 장치 및 오차 제거 방법에 관한 것이다.
단층 촬영 기법은 측정하고자 하는 대상의 내부와 외부의 정보를 이미지로 확인할 수 있으므로 다양한 진단 분야에 응용되고 있다. 그 중 X-선을 이용한 단층 촬영 현미경의 고해상도 이미지는 로테이션 스테이지(rotation stage)의 기계적 오차의 영향을 크게 받는다. 이러한 기계적 오차로 인한 움직임은 용량성 센서(capacitive sensor)를 이용하여 보정할 수 있지만, 추가적인 장비가 필요하다. 따라서, 이미지에 마이크로미터 단위의 참조 시료를 부착하여 기계적 오차를 보정하는 기법이 개발되었고, 참조 시료를 부착하지 않고 측정 물체의 모양을 추적하여 기계적 오차를 보정하는 기법도 소개되었다. 그러나, 복잡한 모양을 지닌 물체의 경우, 로테이션 스테이지가 회전할 때마다 물체를 추적하는 것은 어렵다. 또한, 기존의 추적 연산 과정은 물체가 단순하더라도 상호 상관 연산(cross correlation)은 통해 얻으므로 연산 횟수와 시간이 오래 걸리는 단점이 있다.
따라서, 단층 촬영 장치의 기계적 오차를 용이하게 보정할 수 있는 장치 및 방법에 대한 필요성이 있다.
본 발명의 목적은 단층 촬영 이미지에 포함된 로테이션 스테이지의 기계적 오차를 제거할 수 있는 단층 촬영 장치 및 오차 제거 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 정렬 알고리즘의 수행 과정에서 상호 상관 연산을 사용하지 않고 기계적 오차를 제거할 수 있는 단층 촬영 장치 및 오차 제거 방법을 제공함에 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 단층 촬영 장치의 오차 제거 방법은 회전 스테이지 상에 수직으로 배치된 모세관 내에 시료가 삽입된 후 상기 모세관을 촬영하여 기준 이미지로 설정하는 단계, 상기 회전 스테이지를 회전시키면서 기 설정된 각도마다 상기 모세관의 회전 이미지를 촬영하는 단계, 상기 기준 이미지를 기초로 상기 촬영된 회전 이미지 각각에 포함된 상기 모세관 객체 또는 상기 시료 객체의 상대적 위치 차이를 산출하는 단계, 상기 촬영된 회전 이미지 각각에 대해 상기 모세관 객체 또는 상기 시료 객체의 상대적 위치 차이를 보정하여 상기 시료 객체의 위치를 정렬하는 단계 및 복수의 상기 정렬된 회전 이미지를 이용하여 단층 촬영 이미지를 획득하는 단계를 포함한다.
그리고, 상기 상대적 위치 차이를 산출하는 단계는 상기 촬영된 회전 이미지의 칼럼을 따라 각 픽셀의 광 강도를 합산하여 수평축 상에 표시(plot)하고, 상기 표시된 광 강도가 피크(peak)인 지점을 상기 모세관 객체의 수평 경계면으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 상대적 위치 차이를 산출하는 단계는 상기 기준 이미지 내의 모세관 객체의 수평 경계면 위치 및 상기 촬영된 회전 이미지 내의 상기 모세관 객체의 수평 경계면 위치 간의 차이를 상기 모세관 객체의 수평 경계면의 상대적 위치 차이로 산출할 수 있다.
그리고, 상기 상대적 위치 차이를 산출하는 단계는 상기 촬영된 회전 이미지의 열을 따라 각 픽셀의 광 강도를 합산하여 수직축 상에 표시(plot)하고, 상기 표시된 광 강도가 피크(peak)인 지점을 상기 시료 객체의 수직 경계면으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 상대적 위치 차이를 산출하는 단계는 상기 기준 이미지 내의 시료 객체의 수직 경계면 위치 및 상기 촬영된 회전 이미지 내의 상기 시료 객체의 수직 경계면 위치 간의 차이를 상기 시료 객체의 수직 경계면의 상대적 위치 차이로 산출할 수 있다.
한편, 상기 모세관은 원통 형태일 수 있다.
그리고, 상기 시료는 캐소드 재로 분말로써 정전기력에 의해 상기 모세관에 부착될 수 있다.
한편, 단층 촬영 장치의 오차 제거 방법은 커브드 피팅 방식을 이용하여 상기 촬영된 회전 이미지에 포함된 불균일 정보를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 단층 촬영 장치는 회전 스테이지, 상기 회전 스테이지에 수직으로 배치되고 시료가 삽입되는 모세관, 상기 모세관을 향해 X-선을 투사하는 X-선 튜브, 상기 투사된 X-선에 의해 상기 모세관의 이미지가 촬영되는 투영막 및 상기 회전 스테이지가 회전하도록 제어하는 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는 상기 모세관을 촬영하여 기준 이미지로 설정하고, 상기 회전 스테이지를 회전시키면서 기 설정된 각도마다 상기 모세관의 회전 이미지를 촬영하며, 상기 기준 이미지를 기초로 상기 촬영된 회전 이미지 각각에 포함된 상기 모세관 객체 또는 상기 시료 객체의 상대적 위치 차이를 산출하고, 상기 촬영된 회전 이미지 각각에 대해 상기 모세관 객체 또는 상기 시료 객체의 상대적 위치 차이를 보정하여 상기 시료 객체의 위치를 정렬하며, 복수의 상기 정렬된 회전 이미지를 이용하여 단층 촬영 이미지를 획득한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 단층 촬영 장치 및 오차 제거 방법은 별도의 장비 없이 상호 상관 연산을 사용하지 않고, 단층 촬영 이미지에 포함된 로테이션 스테이지의 기계적 오차를 효과적으로 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단층 촬영 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단층 촬영 장치의 촬영 과정을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지에 포함된 객체의 경계면을 검출하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 투영 이미지를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단층 촬영 장치의 오차 제거 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수직 및 수평 경계면을 확인하여 오차를 제거하는 방법의 흐름도이다.
도 7은 비정렬 이미지 및 오차 제거 방법을 적용한 정렬 이미지를 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시 예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서, 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 "모듈" 또는 "부"는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행한다. 그리고, "모듈" 또는 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 특정 하드웨어에서 수행되어야 하거나 적어도 하나의 프로세서에서 수행되는 "모듈" 또는 "부"를 제외한 복수의 "모듈들" 또는 복수의 "부들"은 적어도 하나의 모듈로 통합될 수도 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단층 촬영 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 단층 촬영 장치(100)는 회전 스테이지(10), 모세관(20), X-선 튜브(110), 프로세서(120) 및 투영막(130)을 포함한다.
회전 스테이지(10)는 X-선 튜브(110)와 투영막(130) 사이에 배치되어 360도 회전한다. 회전 스테이지(10) 상에는 모세관(20)이 수직으로 배치된다. 따라서, 회전 스테이지(10)의 회전에 따라 모세관(20)도 함께 회전할 수 있다.
모세관(20)에는 촬영을 위한 시료가 삽입될 수 있다. 예를 들어, 모세관(20)은 직경 100㎛ 이내의 얇은 유리관으로 제작될 수 있고, 원통 형태일 수 있다. 일 실시 예로서, 시료는 마이크로 크기의 NMC(Ni/Mn/Co) 캐소드 재료 분말로서, 정전기력에 의해 모세관(20) 내부에 부착될 수 있다. 시료는 살아있는 세포, 식물, 사람의 머리카락과 같은 생체 시료를 포함할 수 있다.
X-선 튜브(110)는 시료가 삽입된 모세관(20)을 투과하여 투영막(130)으로 X-선을 투사한다. X-선의 투사에 따라, 투영막(130)에는 시료가 삽입된 모세관의 이미지가 촬영된다. X-선은 모세관(20) 및 시료를 투과할 수 있다. 그러나, 시료를 투과한 X-선의 광량은 투과 상수로 인해 본래 광량보다 줄어든다. 즉, 물체를 투과한 광량은 물체를 통과하기 전의 배경 광량(background Intensity)과 차이가 생긴다. 물체의 경계면은 이러한 광량 차이를 이용하여 판단될 수 있다. 또한, 판단된 물체의 경계면은 단층 촬영 이미지에서 포함된 기계적 오차를 보정하여 물체의 위치를 한 지점으로 정렬하기 위해 이용될 수 있다.
한편, 단층 촬영을 위해 사용하는 X-선은 투과율이 매우 높기 때문에 배경 광량과 물체를 통과한 광량의 차이가 거의 없다. 따라서, 배경 광량과 물체를 통과한 광량 간의 위상차를 일으키는 위상차 방식이 사용된다. 위상차 방식은 위상판(phase plate)에 의해 물체 경계면에서 비정상적인 광량을 포함하는 후광 흠결(Halo artifact)을 발생시킨다. 후광 흠결은 X-선 위상차 방식의 오류이지만 물체의 윤곽을 강조할 수 있는 장점이 있다. 본 명세서는 후광 흠결을 이용하여 물체의 윤곽을 검출하고, 단층 촬영 장치(100)의 기계적 오차를 제거하는 방식을 기술한다.
프로세서(120)는 시료가 삽입된 모세관(20)을 촬영하도록 X-선 튜브(110)를 제어한다. 단층 촬영 장치(100)는 기계적 오차를 보정하기 위해 기준 이미지가 필요하다. 프로세서(120)는 회전 스테이지(10)를 회전시키기 전에 X-선을 투사하여 모세관(20)을 촬영하도록 X-선 튜브(110)를 제어한다. X-선 튜브(110)로부터 투사된 X-선은 시료가 삽입된 모세관(20)을 투과하여 투영막(130)에 입력된다. 따라서, 투영막(130)에는 시료가 삽입된 모세관(20)의 이미지가 촬영된다. 프로세서(120)는 촬영된 이미지를 기준 이미지로 설정한다.
그리고, 프로세서(120)는 회전 스테이지(10)가 회전하도록 제어한다. 프로세서(120)는 회전 스테이지의 회전 속도 또는 회전 각도 등을 이용하여 기 설정된 각도를 검출할 수 있다. 그리고, 프로세서(120)는 기 설정된 각도에서 모세관의 회전 이미지를 촬영하도록 X-선 튜브(110)를 제어한다. 촬영된 회전 이미지 상호간에는 회전 스테이지(10)의 회전에 의해 회전 모션 에러가 존재한다. 프로세서(120)는 기준 이미지를 기초로 촬영된 회전 이미지 각각에 포함된 모세관 객체 또는 시료 객체의 상대적 위치를 산출한다. 각 객체의 상대적 위치는 이미지에 포함된 광량을 기초로 각 객체의 경계선을 검출하고, 검출된 경계선을 이용하여 산출될 수 있다. 구체적인 과정은 후술한다.
프로세서(120)는 상대적 위치 차이를 보정하여 시료 객체의 위치를 정렬한다. 프로세서(120)는 시료 객체의 위치가 정렬된 복수의 회전 이미지를 이용하여 단층 촬영 이미지를 획득할 수 있다. 즉, 단층 촬영 장치(100)는 정렬된 복수의 회전 이미지를 이용하여 시료의 3D 이미지를 생성할 수 있고, 재구성된 2D 슬라이스 이미지를 생성할 수도 있다.
지금까지, 단층 촬영 장치(100)의 블록도를 설명하였다. 아래에서는 단층 촬영 장치(100)를 구현하는 일 실시 예를 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단층 촬영 장치의 촬영 과정을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 회전 스테이지(10), 모세관(20), X-선 튜브(110) 및 투영막(130)이 도시되어 있다. 도 2에는 도시되지 않았지만, 상술한 바와 같이 단층 촬영 장치(100)는 프로세서(120)를 포함할 수 있다. 프로세서(120)는 회전 스테이지, X-선 튜브(110) 및 투영막(130)을 제어할 수 있다.
회전 스테이지(10)는 X-선 튜브(110)와 투영막(130) 사이에 배치된다. 회전 스테이지(10)는 360도 회전할 수 있다. 회전 스테이지(10) 상에는 모세관(20)이 수직으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 모세관(20)은 직경 100㎛ 이내의 얇은 유리관으로 구현될 수 있다. 그리고, 모세관(20)은 원통 형태일 수 있다. 모세관(20) 내부에는 시료(2)가 삽입될 수 있다. 예를 들어, 시료(2)는 살아있는 세포, 식물, 사람의 머리카락 등과 같은 생체 시료를 포함할 수 있다. 시료(2)는 마이크로 크기의 NMC(Ni/Mn/Co) 캐소드 재료 분말로서, 정전기력에 의해 모세관(20) 내부에 부착될 수 있다. 회전 스테이지(10)의 회전에 따라 회전 스테이지(10) 상에 배치된 모세관(20)도 함께 회전할 수 있다. 그리고, 모세관(20) 내부에 삽입된 시료(2)도 함께 회전할 수 있다.
회전 스테이지(10)는 기계적으로 회전하므로 회전 모션 에러가 발생할 수 있다. 예를 들어, 회전 모션 에러는 축 런아웃 에러(axial runout error), 래디얼 런아웃 에러(radial runout error) 및 워블(wobble) 등을 포함할 수 있다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 모세관(20)의 한쪽 면에 시료(2)가 부착될 수 있다. 그리고, 모세관(20) 및 시료(2)는 회전할 수 있다. 시료(2)가 모세관(20)의 한쪽 면에 부착되어 회전하기 때문에 회전에 따라 시료(2)의 위치는 상대적으로 큰 범위로 움직일 수 있다. 즉, 회전 스테이지(10), 모세관(20) 및 시료(2)가 함께 회전하기 때문에 축 런아웃 에러 및 워블은 무시할 수 있지만, 래디얼 런아웃 에러는 상대적으로 매우 클 수 있다. X-선 튜브(110)와 투영막(130)을 이용하여 시료(2)가 삽입된 모세관(20)을 촬영할 수 있으나, 회전 스테이지(10)의 회전에 따라 발생된 런아웃 에러 때문에 선명하지 못한 단층 촬영 이미지가 생성될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 위상차 방식을 사용하는 일반적인 단층 촬영 장치(100)는 위상판(phase plate)에 의해 물체 경계면에서 비정상적인 광량을 포함하는 후광 흠결(Halo artifact)을 발생시킨다. 후광 흠결을 이용하여 물체의 경계면이 검출될 수 있다. 구체적인 과정은 후술한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지에 포함된 객체의 경계면을 검출하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 시료(2)가 삽입된 모세관(20)이 도시되어 있다. 그리고, 모세관(20)의 아래 및 우측에 광량이 표시된 그래프가 도시되어 있다. 단층 촬영 장치(100)에서 X-선이 물체를 투과하면, 후광 흠결 때문에 물체 경계면에서 비정상적인 광량이 포함된다. 단층 촬영 장치(100)는 선형 윤곽 기법을 사용하여 광량 정보를 확인하고, 물체의 수평 경계면 및 수직 경계면을 확인할 수 있다.
먼저, 물체의 수평 경계면을 확인하는 과정을 설명한다. 단층 촬영 장치(100)는 이미지가 촬영되면 칼럼(column)을 따라 이미지의 각 픽셀의 광량 강도를 합산할 수 있다. 그리고, 단층 촬영 장치(100)는 합산된 광량을 수평선을 따라 표시(plot)할 수 있다. 상술한 바와 같이, 후광 흠결 때문에 물체 경계면에서는 비정상적으로 큰 광량이 포함된다. 따라서, 각각의 세로 축과 가로 축 방향으로 합산된 광량 그래프는 노이즈 효과를 억제하며 모세관(20) 및 시료(2)의 주변에서 더욱 부각된 후광 흠결 광량을 표현할 수 있다. 즉, 도 3의 모세관(20) 아래에 도시된 그래프와 같이 물체의 수평 경계면을 확인할 수 있는 수평 선형 윤곽 그래프가 획득될 수 있다. 수평 선형 윤곽 그래프에서 강조된 피크(peak)의 위치가 모세관(20)의 수평 경계면이다.
유사한 방식으로 물체의 수직 경계면을 확인할 수 있다. 단층 촬영 장치(100)는 이미지가 촬영되면 열(row)을 따라 이미지의 각 픽셀의 광량 강도를 합산할 수 있다. 그리고, 단층 촬영 장치(100)는 합산된 광량을 수직선을 따라 표시(plot)할 수 있다. 따라서, 시료(2)의 주변에서는 상대적으로 큰 후광 흠결 광량이 표시될 수 있다. 즉, 도 3의 모세관(20) 우측에 도시된 그래프와 같이 물체의 수직 경계면을 확인할 수 잇는 수직 선형 윤곽 그래프가 획득될 수 있다. 수직 선형 윤곽 그래프에서 강조된 피크(peak)의 위치가 시료(2)의 수직 경계면이다. 단층 촬영 장치(100)는 상술한 방법을 통해 각 회전 이미지 내에 포함된 객체의 수평 경계면 및 수직 경계면을 확인할 수 있다.
수평 경계면 및 수직 경계면이 확인되면, 단층 촬영 장치(100)는 기준 이미지의 경계면과 비교를 통해 상대적 위치 차이를 산출할 수 있다. 즉, 수평 경계면과 관련하여, 단층 촬영 장치(100)는 기준 이미지 내의 모세관 객체의 수평 경계면 위치 및 촬영된 회전 이미지 내의 모세관 객체의 수평 경계면 위치 간의 차이를 모세관 객체의 수평 경계면의 상대적 위치 차이로 산출할 수 있다. 또한, 수직 경계면과 관련하여, 단층 촬영 장치(100)는 기준 이미지 내의 시료 객체의 수직 경계면 위치 및 촬영된 회전 이미지 내의 시료 객체의 수직 경계면 위치 간의 차이를 시료 객체의 수직 경계면의 상대적 위치 차이로 산출할 수 있다.
단층 촬영 장치(100)는 산출된 상대적 위치 차이를 기초로 각 이미지 내의 시료 객체의 위치를 보정할 수 있다. 예를 들어, 기준 이미지의 시료 위치가 (0, 0)이고, 촬영된 회전 이미지의 시료 위치가 (-4㎛, 1㎛)라면, 단층 촬영 장치(100)는 산출된 상대적 위치 차이를 기초로 (4㎛, -1㎛)를 더하여 이미지 내의 시료 객체의 위치를 보정할 수 있다. 단층 촬영 장치(100)는 보정을 통해 정렬된 시료 객체의 위치를 이용하여 단층 촬영 이미지를 획득할 수 있다.
단층 촬영 이미지는 3D 이미지일 수 있고, 재구성하여 슬라이스된 2D 이미지일 수도 있다.
한편, 단층 촬영 장치(100) 커브 피팅(curve fitting) 방식을 이용하여 촬영된 회전 이미지에 포함된 불균일 정보를 제거할 수 있다. 커브 피팅 방식이란, 평면 위에 흩어진 점에 대해 그들에게 알맞은 곡선을 계산하여 산출하는 것을 의미한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 투영 이미지를 나타낸 도면이다. 도 4에는 실제로 촬영된 모세관(20)의 투영 이미지 중 하나가 도시되어 있다. 도 4에 표시된 조그만 점들은 이미지 콘트라스트와 해상도를 확인하기 위해 부착된 수많은 1㎛ 정도의 실리카 구이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단층 촬영 장치의 오차 제거 방법의 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 단층 촬영 장치는 회전 스테이지 상에 수직으로 배치된 모세관 내에 시료가 삽입된 후 모세관을 촬영하여 기준 이미지로 설정한다(S510). 상술한 바와 같이, 모세관은 회전 스테이지 상에 수직으로 배치될 수 있다. 시료는 모세관 내에 삽입될 수 있다. 시료는 정전기력에 의해 모세관 내에 부착될 수 있다.
단층 촬영 장치는 회전 스테이지를 회전시키면서 기 설정된 각도마다 모세관의 회전 이미지를 촬영한다(S520). 회전 스테이지의 회전에 따라 시료가 삽입된 모세관도 함께 회전할 수 있다. 단층 촬영 장치는 회전 스테이지를 회전시키면서 모세관의 회전 이미지를 촬영할 수 있다. 예를 들어, 단층 촬영 장치는 회전 스테이지가 30도 회전할 때마다 이미지를 촬영할 수 있다. 상술한 각도는 일 실시 예이며, 촬영 각도는 다양하게 설정될 수 있다.
단층 촬영 장치는 기준 이미지를 기초로 촬영된 회전 이미지 각각에 포함된 모세관 객체 또는 시료 객체의 상대적 위치 차이를 산출한다(S530). 단층 촬영 장치는 각 회전 이미지마다 칼럼 및 열을 따라 각 픽셀의 빛의 강도를 합산하여 그래프로 표시할 수 있다. 상술한 바와 같이, 위상판을 사용하는 일반적인 단층 촬영 장치는 물체 주변에서 후광 효과가 발생될 수 있다. 따라서, 픽셀의 빛의 강도를 합산할 경우 후광 흠결에 의해 물체 경계면에서 피크(peak) 값이 표시될 수 있고, 단층 촬영 장치는 피크 값을 이용하여 물체의 경계를 판단할 수 있다. 단층 촬영 장치는 기준 이미지의 물체의 위치와 각 이미지 내에 포함된 물체의 위치의 차이를 이용하여 상대적 위치를 산출할 수 있다. 즉, 단층 촬영 장치는 모세관 객체 또는 시료 객체의 상대적 위치 차이를 산출할 수 있다.
단층 촬영 장치는 촬영된 회전 이미지 각각에 대해 모세관 객체 또는 시료 객체의 상대적 위치 차이를 보정하여 시료 객체의 위치를 정렬한다(S540). 단층 촬영 장치는 산출된 상대적 위치 차이를 이용하여 각 회전 이미지 내의 물체의 위치를 보정할 수 있다. 즉, 단층 촬영 장치는 각 회전 이미지 내의 시료 객체의 위치를 기준 이미지 내에 포함된 시료 객체의 위치로 정렬시킬 수 있다.
단층 촬영 장치는 복수의 정렬된 회전 이미지를 이용하여 단층 촬영 이미지를 획득한다(S550). 단층 촬영 장치는 정렬된 복수의 이미지를 이용하여 시료 객체를 합성하고 단층 촬영 이미지를 획득할 수 있다. 단층 촬영 이미지는 3D 이미지일 수 있고, 슬라이스된 2D 이미지일 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수직 및 수평 경계면을 확인하여 오차를 제거하는 방법의 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 단층 촬영 장치는 모세관을 회전시키면서 복수의 이미지를 촬영할 수 있다. 단층 촬영 장치는 획득한 촬영 이미지를 모을 수 있다(S605). 단층 촬영 장치는 획득한 복수의 촬영 이미지 중에서 하나의 이미지를 선택할 수 있다(S610).
단층 촬영 장치는 선택된 하나의 이미지의 합산된 가로 방향 선형 윤곽을 획득할 수 있다(S615). 일 실시 예로서, 단층 촬영 장치는 촬영된 회전 이미지의 칼럼을 따라 각 픽셀의 광 강도를 합산하여 수평축 상에 표시할 수 있다. 단층 촬영 장치는 모세관의 수평 경계면을 확인할 수 있다(S620). 일 실시 예로서, 단층 촬영 장치는 표시된 광 강도가 피크인 지점을 모세관 객체의 수평 경계면으로 판단할 수 있다. 단층 촬영 장치는 수평 경계면의 위치를 기록할 수 있다(S625).
단층 촬영 장치는 유사한 방식으로 선택된 하나의 이미지의 합산된 세로 방향 선형 윤곽을 획득할 수 있다(S630). 일 실시 예로서, 단층 촬영 장치는 촬영된 회전 이미지의 열을 따라 각 픽셀의 광 강도를 합산하여 수직축 상에 표시할 수 있다. 단층 촬영 장치는 측정 시료의 수직 경계면을 확인할 수 있다(S635). 일 실시 예로서, 단층 촬영 장치는 표시된 광 강도가 피크인 지점을 시료 객체의 수직 경계면으로 판단할 수 있다. 단층 촬영 장치는 수직 경계면의 위치를 기록할 수 있다(S640).
단층 촬영 장치는 선택된 회전 이미지의 수평 및 수직 위치를 기록할 수 있다(S645). 단층 촬영 장치는 다른 이미지를 선택하고, 상술한 수평 및 수직 위치 판단 과정을 반복할 수 있다.
단층 촬영 장치는 기준 이미지를 기초로 상대적인 수평 및 수직 위치 차이를 산출할 수 있다(S650). 단층 촬영 장치는 기준 이미지를 회전 직전 이미지로 설정할 수 있고, 모세관이 회전한 후 최초 이미지를 기준 이미지로 설정할 수도 있다. 단층 촬영 장치는 상대적인 수평 및 수직 이동량을 각각의 회전 이미지에 적용할 수 있다(S655). 단층 촬영 장치는 보정된 회전 이미지를 이용하여 에러가 제거된 단층 촬영 이미지를 획득할 수 있다.
도 7은 비정렬 이미지 및 오차 제거 방법을 적용한 정렬 이미지를 나타낸 도면이다.
도 7(a)를 참조하면, 비정렬된 이미지가 도시되어 있고, 도 7(b)를 참조하면 모션 에러가 제거된 정렬된 이미지가 도시되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 정렬된 이미지는 비정렬된 이미지에 비해 경계 등이 명확하다.
상술한 다양한 실시 예에 따른 오차 제거 방법은 프로그램으로 구현되어 단층 촬영 장치에 제공될 수 있다.
일 예로, 회전 스테이지 상에 수직으로 배치된 모세관 내에 시료가 삽입된 후 모세관을 촬영하여 기준 이미지로 설정하는 단계, 회전 스테이지를 회전시키면서 기 설정된 각도마다 모세관의 회전 이미지를 촬영하는 단계, 기준 이미지를 기초로 촬영된 회전 이미지 각각에 포함된 모세관 객체 또는 시료 객체의 상대적 위치 차이를 산출하는 단계, 촬영된 회전 이미지 각각에 대해 모세관 객체 또는 시료 객체의 상대적 위치 차이를 보정하여 시료 객체의 위치를 정렬하는 단계 및 복수의 정렬된 회전 이미지 이용하여 단층 촬영 이미지를 획득하는 단계를 수행하는 프로그램이 저장된 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)가 제공될 수 있다.
비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100: 단층 촬영 장치
10: 회전 스테이지 20: 모세관
110: X-선 튜브 120: 프로세서
130: 투영막

Claims (9)

  1. 회전 스테이지 상에 수직으로 배치된 모세관 내에 시료가 삽입된 후 프로세서가 상기 모세관을 향해 X-선을 투사하도록 X-선 튜브를 제어함으로써 투영막에 상기 모세관을 촬영하여 기준 이미지로 설정하는 단계;
    상기 프로세서가 상기 회전 스테이지를 회전시키면서 상기 X-선 튜브를 제어하여 기 설정된 각도마다 상기 모세관의 회전 이미지를 상기 투영막에 촬영하는 단계;
    상기 프로세서가 상기 기준 이미지를 기초로 상기 촬영된 회전 이미지 각각에 포함된 상기 모세관 또는 상기 시료의 상대적 위치 차이를 산출하는 단계;
    상기 프로세서가 상기 촬영된 회전 이미지 각각에 대해 상기 모세관 또는 상기 시료의 상대적 위치 차이를 보정하여 상기 시료의 위치를 정렬하는 단계; 및
    상기 프로세서가 복수의 상기 정렬된 회전 이미지를 이용하여 단층 촬영 이미지를 획득하는 단계;를 포함하는 단층 촬영 장치의 오차 제거 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상대적 위치 차이를 산출하는 단계는,
    상기 프로세서가 상기 촬영된 회전 이미지의 칼럼을 따라 각 픽셀의 광 강도를 합산하여 수평축 상에 표시(plot)하고, 상기 표시된 광 강도가 피크(peak)인 지점을 상기 모세관의 수평 경계면으로 판단하는, 단층 촬영 장치의 오차 제거 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상대적 위치 차이를 산출하는 단계는,
    상기 프로세서가 상기 기준 이미지 내의 모세관의 수평 경계면 위치 및 상기 촬영된 회전 이미지 내의 상기 모세관의 수평 경계면 위치 간의 차이를 상기 모세관의 수평 경계면의 상대적 위치 차이로 산출하는, 단층 촬영 장치의 오차 제거 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상대적 위치 차이를 산출하는 단계는,
    상기 프로세서가 상기 촬영된 회전 이미지의 열을 따라 각 픽셀의 광 강도를 합산하여 수직축 상에 표시(plot)하고, 상기 표시된 광 강도가 피크(peak)인 지점을 상기 시료의 수직 경계면으로 판단하는, 단층 촬영 장치의 오차 제거 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상대적 위치 차이를 산출하는 단계는,
    상기 프로세서가 상기 기준 이미지 내의 시료의 수직 경계면 위치 및 상기 촬영된 회전 이미지 내의 상기 시료의 수직 경계면 위치 간의 차이를 상기 시료의 수직 경계면의 상대적 위치 차이로 산출하는, 단층 촬영 장치의 오차 제거 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 모세관은 원통 형태인, 단층 촬영 장치의 오차 제거 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 시료는,
    캐소드 재로 분말로써 정전기력에 의해 상기 모세관에 부착되는, 단층 촬영 장치의 오차 제거 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서가 커브드 피팅 방식을 이용하여 상기 촬영된 회전 이미지에 포함된 불균일 정보를 제거하는 단계;를 더 포함하는 단층 촬영 장치의 오차 제거 방법.
  9. 회전 스테이지;
    상기 회전 스테이지에 수직으로 배치되고 시료가 삽입되는 모세관;
    상기 모세관을 향해 X-선을 투사하는 X-선 튜브;
    상기 투사된 X-선에 의해 상기 모세관의 이미지가 촬영되는 투영막; 및
    상기 회전 스테이지가 회전하도록 제어하는 프로세서;를 포함하며,
    상기 프로세서는,
    상기 모세관을 촬영하여 기준 이미지로 설정하고, 상기 회전 스테이지를 회전시키면서 기 설정된 각도마다 상기 모세관의 회전 이미지를 촬영하며, 상기 기준 이미지를 기초로 상기 촬영된 회전 이미지 각각에 포함된 상기 모세관 또는 상기 시료의 상대적 위치 차이를 산출하고, 상기 촬영된 회전 이미지 각각에 대해 상기 모세관 또는 상기 시료의 상대적 위치 차이를 보정하여 상기 시료의 위치를 정렬하며, 복수의 상기 정렬된 회전 이미지를 이용하여 단층 촬영 이미지를 획득하는, 단층 촬영 장치.
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