KR101991813B1 - 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 시스템 및 장치 - Google Patents

단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 시스템 및 장치 Download PDF

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이헌우
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조효성
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Abstract

단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치에 관한 것이며, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치는, 표본을 사이에 두고 일직선 상에 거리를 두고 배치되는 엑스선을 조사하는 엑스선관과 격자; 및 상기 격자로부터 일직선 상에 거리를 두고 배치되어 상기 격자로부터 투과된 상기 표본에 대하여 조사된 엑스선을 검출하는 검출기를 포함하고, 상기 엑스선관, 상기 표본, 상기 격자 및 상기 검출기는, 상기 엑스선관과 상기 표본 사이의 제1 거리, 상기 표본과 상기 격자 사이의 제2 거리 및 상기 격자와 상기 검출기 사이의 제3 거리가 상기 검출된 엑스선을 이용하여 생성된 엑스선 영상 내의 인공물이 제거되도록 하는 거리로 설정되도록 배치될 수 있다.

Description

단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 시스템 및 장치 {SYSTEM AND APPARATUS FOR PHASE-CONTRAST X-RAY IMAGING BASED ON SINGLE GRID}
본원은 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상에서 인공물을 제거할 수 있는 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 시스템 및 장치에 관한 것이다.
표본(sample)의 위상 정보를 이용하는 영상화 기술은 최신 엑스선 영상 과학의 핵심 요소라 할 수 있다. 이는 의학 및 산업 분야의 엑스선 영상 성능을 크게 개선할 수 있는 유망한 도구로서 많은 연구원들의 주목을 끌고 있다. 종래에는 위상 민감(phase-sensitive) 엑스선 영상화 기술과 관련하여 전파 기반 영상화 기술(일예로, 논문 [A. Burvall, U. Lundstrom, P. Takman, D. Larsson, H. Hertz, Opt. Express 19 (2011) 10359.] 참조), 분석기 기반 영상화 기술(일예로, 논문 [C. Parham, Z. Zhong, D. Connor, L. Chapman, E. Pisano, Acad. Radiol. 16 (8) (2009) 911.] 참조), 결정간섭계와 격자 기반 영상화 기술 관련 문헌이 보고된 바 있다.
이러한 종래의 기술들 중 격자 기반 영상화 기술은 기존의 엑스선관과 검출기를 사용하여 고해상도 및 감도에서 흡수, 산란(또는 암장이라고 함) 및 미분 위상차 영상을 동시에 복원할 수 있는 새롭고 정밀한 위상 감지 영상화 기술로 입증되었다. 그러나, 이 기술은 고정밀 격자가 필요하고, 실험장비 배열에 대한 높은 민감성과 분석 격자 스캔에 의한 속도가 제한되는 등의 단점이 있다.
상기와 같은 종래의 격자 기반 영상화 기술의 단점들을 극복하기 위한 시도로서, 최근에는 논문 [H. Wen, E. Bennett, M. Hegedus, S. Carroll, IEEE Trans. on Med. Imaging 27 (8) (2008) 997.]에서 단일 격자 기반의 위상차 엑스선 영상화 기술이 제안된 바 있다. 상기의 기술에서는 격자 간격이 크고 큰 면적의 기존의 격자를 사용한다.
도 1은 종래의 단일 격자 기반의 위상차 엑스선 영상화(phase-contrast x-ray imaging, PCXI) 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 일예로 종래의 단일 격자 기반의 PCXI 시스템에서는 엑스선 격자(X-ray grid)가 엑스선관(X-ray tube)과 검출기(Detector) 사이에 놓여있고, 실험 표본(Sample)이 격자 앞에 놓여있을 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 엑스선관으로부터 조사된 엑스선이 표본을 지날 때, 투과된 파면이 표본 구조의 굴절률 차이에 의해 굴절됨에 따라 왜곡되고 주기적 격자 무늬에 의해 그 강도가 변조될 수 있다. 달리 말해, 엑스선이 표본을 지나기 이전의 파면(Wavefront)은 왜곡되지 않은(undistorted) 반면, 엑스선이 표본을 지난 이후의 파면(Wavefront)은 왜곡됨(distorted)에 따라 격자로부터 투과된 x 선에는 굴절된 엑스선(Refracted x-ray)과 굴절되지 않은 엑스선(Unrefracted x-ray)이 존재하게 된다. 또한, 격자는 표본의 푸리에 성분에 대한 주파수 변조기 역할을 하므로, 위상정보는 푸리에 처리 기법을 사용하여 복원될 수 있다.
그러나, 종래의 단일 격자 기반의 PCXI 시스템에 의해 복원된 위상정보는 복원된 영상을 손상시키는 두 개의 주요한 인공물인 모아레 무늬(moire fringe)와 광각 현상(wraparound aliasing)에 의해 손상받기 때문에, 종래의 단일 격자 기반의 PCXI 시스템을 통해서는 두 개의 주요한 인공물이 제거된 양질의 영상을 획득하는 데에 어려움이 있다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상에서 인공물을 효과적으로 제거할 수 있는 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 시스템 및 장치를 제공하려는 것을 목적으로 한다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 시스템(PCXI)에서 두 개의 주요한 인공물인 모아레 무늬(moire fringe)와 광각 현상(wraparound aliasing)이 효과적으로 제거된 양질의 영상 획득이 가능한 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치의 배치 구조를 제공하려는 것을 목적으로 한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제1 측면에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치는, 표본을 사이에 두고 일직선 상에 거리를 두고 배치되는 엑스선을 조사하는 엑스선관과 격자; 및 상기 격자로부터 일직선 상에 거리를 두고 배치되어 상기 격자로부터 투과된 상기 표본에 대하여 조사된 엑스선을 검출하는 검출기를 포함하고, 상기 엑스선관, 상기 표본, 상기 격자 및 상기 검출기는, 상기 엑스선관과 상기 표본 사이의 제1 거리, 상기 표본과 상기 격자 사이의 제2 거리 및 상기 격자와 상기 검출기 사이의 제3 거리가 상기 검출된 엑스선을 이용하여 생성된 엑스선 영상 내의 인공물이 제거되도록 하는 거리로 설정되도록 배치될 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제2 측면에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 시스템은, 제1 측면에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치; 및 상기 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치에 의하여 검출된 엑스선을 이용하여 생성된 영상을 출력하는 영상 출력 장치를 포함할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제3 측면에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 방법은, 본원의 제1 측면에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치에서 엑스선을 조사하는 엑스선관과 격자를 표본을 사이에 두고 일직선 상에 거리를 두고 배치하고, 상기 격자로부터 일직선 상에 거리를 두고 검출기를 배치하는 단계; 상기 표본에 대하여 엑스선을 조사하는 단계; 및 상기 격자로부터 투과된 상기 표본에 대하여 조사된 엑스선을 검출하는 단계를 포함하고, 상기 배치하는 단계에서는, 상기 엑스선관, 상기 표본, 상기 격자 및 상기 검출기가, 상기 엑스선관과 상기 표본 사이의 제1 거리, 상기 표본과 상기 격자 사이의 제2 거리 및 상기 격자와 상기 검출기 사이의 제3 거리가 상기 검출기를 통해 검출된 엑스선을 이용하여 생성된 엑스선 영상 내의 인공물이 제거되도록 하는 거리로 설정되도록 배치될 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 제1 거리, 제2 거리 및 제3 거리가 검출된 엑스선을 이용하여 생성된 엑스선 영상 내의 인공물이 제거되도록 하는 거리로 설정되도록 엑스선관, 표본, 격자 및 검출기가 배치됨으로써, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치의 배치 구조로 하여금 두 개의 주요한 인공물인 모아레 무늬(moire fringe)와 광각 현상(wraparound aliasing)이 효과적으로 제거된 양질의 영상을 획득할 수 있다.
본원은 격자를 기울어져 배치하고, 엑스선관과 표본 사이의 거리인 제1 거리가 짧도록 표본을 배치(즉, 표본이 엑스선관과 검출기 사이에서 가능한한 엑스선관에 가까이 위치하도록 배치)함에 따라, 검출된 엑스선을 이용하여 생성된 엑스선 영상으로 하여금 인공물이 제거됨과 동시에 높은 대조도(contrast)를 갖는 영상의 획득이 가능하며, 이로부터 의료영상 진단의 효율성 향상과 질적 향상을 제공할 수 있다.
다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.
도 1은 종래의 단일 격자 기반의 위상차 엑스선 영상화 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 검사된 샘플의 단일 원본 이미지에서 흡수, 산란 및 미분 위상 대조도 영상을 검색하기 위한 단일 격자 기반 PCXI에서의 단순화된 푸리에 처리 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 두 세트의 평행선에 의하여 형성되는 모아레 무늬의 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 광각 현상이 형성되는 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치에서 일예로 제3 거리가 55 cm로 고정되어 있을 때 격자 선밀도의 함수로 표현되는 임계 픽셀크기에 대한 이론적인 곡선을 나타낸 도면이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치에서 일예로 제3 거리가 55 cm로 고정되어 있을 때 제1 거리의 함수로 표현되는 격자의 간격과 엑스선관의 초점 크기의 비율의 허용 범위를 나타낸 도면이다.
도 8은 본원의 일 실험예에서 사용된 엑스선 격자의 개략도와 실제 엑스선 격자의 사진을 나타낸 도면이다.
도 9는 수평 격자와 함께 20kVP에서 촬영한 멸치의 원시 영상과 기울어져 있는 격자와 함께 촬영된 원시 영상을 나타낸다.
도 10은 수평 격자와 기울어진 격자를 갖는 도 9의 원시 영상 각각의 2차원 푸리에 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 11은 수평 격자와 기울어진 격자가 적용된 멸치의 원시 영상으로부터 검색된 PCXI 결과의 세트로서, 흡수, 산란 및 미분 위상차 영상을 나타낸 도면이다.
도 12는 제1 거리의 변화에 따라 획득된 흡수 영상, 산란 영상 및 미분 위상차 영상 각각의 특성을 나타낸 도면이다.
도 13은 단독 흡수 영상 및 흡수 영상과 착색 산란 영상을 결합함으로써 획득된 융합 영상 간의 특성을 비교하기 위한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결" 또는 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원은 단일 격자 기반의 위상차 엑스선 영상화(phase-contrast x-ray imaging, PCXI) 기술에서 복원된 영상을 손상시키는 인공물인 모아레 무늬(moire fringe)와 광각 현상(wraparound aliasing)을 효과적으로 제거할 수 있는 단일 격자 기반의 위상차 엑스선 영상화 장치에서의 엑스선관, 표본, 격자 및 검출기의 배치 구조에 대하여 제안한다.
이하에서는 본원에 대한 구체적인 설명에 앞서, 먼저 단일 격자 기반의 PCXI에서 사용되는 푸리에 처리 기법과 이와 관련된 인공물에 대하여 설명하고, 이후에 본원에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
단일 격자 기반의 PCXI에서 사용되는 푸리에 처리 기법은 예시적으로 논문 [H. Wen, E. Bennett, M. Hegedus, S. Rapacchi, Radiology 251 (3) (2009) 910.]를 참조하여 이해될 수 있으며, 간단히 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 검사된 샘플의 단일 원본 영상(single raw image)에서 흡수(absorption), 산란(scattering) 및 미분 위상차(differential phase-contrast) 영상을 검색하기 위한 단일 격자 기반 PCXI에서의 단순화된 푸리에 처리 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 격자만 촬영한 영상(Raw image of the bare grid, I G ) 및 격자와 함께 촬영한 표본 영상(Raw image of the sample with grid, I SG ) 각각이 획득되면, 획득된 영상 각각을 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT) 할 수 있다. 이후, 획득된 영상 각각에 대한 푸리에 영역(Fourier domain)에서, 주(Primary) 최대치와 첫번째 조화(first harmonic, 첫번째 고조파) 최대치를 둘러싸는 면적들이 대역통과필터(예를 들어, Hann filter)를 통해 각각 선택될 수 있으며, 주영상(
Figure 112017127656537-pat00001
, Primary image)(즉, 복원된 흡수 영상, Absorption image)과 첫번째 조화 영상(
Figure 112017127656537-pat00002
, first harmonic image)을 얻기 위해 역푸리에 변환(Inverse FFT)과 격자 영상을 통한 영상 정규화가 적용될 수 있으며, 주영상과 첫번째 조화 영상은 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112017127656537-pat00003
여기서, I SG ,0와 I SG ,1는 각각 격자와 함께 촬영한 표본의 주영상과 첫번째 조화 영상을 나타낸다. I G ,0와 I G ,1는 각각 격자의 주영상과 첫번째 조화 영상을 나타낸다. 이때, 위상정보를 복원하기 위해 주영상(
Figure 112017127656537-pat00004
)과 첫번째 조화 영상(
Figure 112017127656537-pat00005
)의 비가 하기 수학식 2를 통해 산출될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112017127656537-pat00006
여기서,
Figure 112017127656537-pat00007
의 진폭(Amplitude,
Figure 112017127656537-pat00008
)과 각(Angle,
Figure 112017127656537-pat00009
) 성분은 각각 복원된 산란 영상(Scattering image)과 미분 위상차 영상(differential Phase-contrast image, 위상 대조도 영상)을 나타낸다.
도 2에는 단일 격자 기반 PCXI에서 대조도 메커니즘(contrast mechanisms)으로 사용된 3가지 종류의 상호작용(즉, 흡수, 산란, 미분 위상차)이 도시되어 있다. 이를 참조하면, 입사되는 엑스선빔 프로파일(일예로, 엑스선빔은 가우시안 모양인 것으로 가정함)은 표본(sample)의 흡수와 굴절 특성에 의해 각각 감약(Attenuation)되고 측방향으로 이동(laterally displacement)하게 되며, 표본의 미세구조에 의한 소각(small-angle) 산란으로 인해 퍼지게(broadening) 된다. 여기서, 위상차 영상(phase-contrast imaging)은 서로 다른 굴절률을 가진 물질들 사이에서 높은 대조도(contrast)를 제공할 수 있는 반면, 산란 영상(Scattering image)은 기존의 일반적인 방사선 촬영(conventional radiography)에서 시각화할 수 없는 미세구조에 대한 정보를 제공할 수 있다.
이하 인공물에 대한 구체적인 설명은 다음과 같다.
복원된 영상을 손상시키는 인공물에는 모아레 무늬(moire fringe)와 광각 현상(wraparound aliasing)이 있다. 모아레 무늬는 도 3을 참조하여 보다 쉽게 이해될 수 있고, 광각 현상은 도 4를 참조하여 보다 쉽게 이해될 수 있다.
도 3은 두 세트의 평행선에 의하여 형성되는 모아레 무늬의 예를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 모아레 무늬(moire fringe)는 디지털 검출기와 주기적인 격자 줄무늬 간 상호작용에 의해 발생하는 간섭 인공물을 의미한다. 즉, 모아레 무늬는 다양한 디지털 영상 및 컴퓨터 그래픽 기술에서, 투명한 틈(gaps)을 갖는 불투명한 패턴(예를 들어, 격자 간격(grid pitch)인 p에 대응하는 패턴)이 이와는 다르지만 유사한 간격(pitch)을 가지는 다른 패턴(예를 들어, 검출기 간격(detector pitch)인 a에 대응하는 패턴)에 중첩되거나 회전될 때 흔히 나타나는 영상의 간섭 인공물을 의미한다.
도 3에서 (a)는 두 세트가 나란하게 위치해있는 것(즉,
Figure 112017127656537-pat00010
=0°일 때)을 나타내고, (b)는 두 세트 중 한 세트(예를 들어, 격자 간격)가 다른 한 세트(예를 들어, 검출기 간격)에 대하여
Figure 112017127656537-pat00011
만큼 기울어져 있는 것을 나타낸다. 여기서,
Figure 112017127656537-pat00012
는 격자가 기울어진 각도, 즉 격자 각도(Grid angle)를 나타내고,
Figure 112017127656537-pat00013
는 모아레 무늬의 각도(Moire angle)를 나타낸다.
디지털 방사선 촬영에서, 모아레 무늬는 일반적으로 디지털 검출기가 격자 그림자(grid shadows)를 부적절하게 샘플링함에 따라 발생(즉, 디지털 검출기를 갖는 고정된 그리드의 사용시 검출기 픽셀에 의하여 격자 그림자가 부적절하게 샘플링됨으로써 발생)하며, 이는 격자 그림자(grid shadows)에서 강한 진동을 일으킨다.
모아레 무늬의 각도는 이론적으로 하기 수학식 3을 만족하도록 정의될 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112017127656537-pat00014
여기서,
Figure 112017127656537-pat00015
는 모아레 무늬의 각도, u g는 격자 선밀도(달리 표현하여, 격자 주파수라 할 수 있음),
Figure 112017127656537-pat00016
는 격자가 검출기에 대하여 기울어진 각도(달리 표현하여, 격자와 검출기 사이의 각도, grid angle), u s 는 검출기의 샘플링 주파수, m 과 n 은 상기 수학식 3의 조건을 만족하는 정수를 나타낸다.
이에 따르면, 격자를 특정 각도로 기울여 놓을 경우, 격자 주파수의 주 조화(main harmonics) 주파수로부터 모아레 무늬를 분리시킬 수 있다. 이를 고려하여, 후술할 본원의 일 실시예에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치에서는 격자를 특정 각도로 기울여 배치함으로써 모아레 무늬를 격자 주파수의 주 조화 주파수로부터 효과적으로 분리시킬 수 있다. 모아레 무늬의 형성 이론에 대한 설명은 논문 [M. Gauntt and G. Barnes, A novel technique to suppress grid line artifacts, Med. Phys. 33, 1654-1667 (2006).]를 참조하여 자세히 이해될 수 있으며, 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
한편, 광각 현상은 격자가 놓여있을 때의 푸리에 스펙트럼에서 인접한 조화 최대치들의 스펙트럼 중첩에 의해 발생하는 인공물을 의미한다. 즉, 광각 현상은 푸리에 스펙트럼에서 인접한 조화 최대치의 스펙트럼 겹침에 의해 발생한다. 광각 현상(wraparound aliasing)은 도 4를 참조하여 보다 쉽게 이해될 수 있다.
도 4는 광각 현상이 형성되는 예를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, PCXI에서 표본이 격자와 함께 촬영되었을 때, 표본의 푸리에 스펙트럼(original Sample spectrum)은 격자 스펙트럼의 조화 최대치에서 복사가 되며, 이는 도 4의 (a)와 같이 격자에 의해 변조된 표본 영상(Sample spectrum modulated by grid)에서의 스펙트럼 겹침(Spectral overlap) 가능성을 제공한다. 달리 말해, 복사된 스펙트럼이 주파수 영역에서 중첩되는 경우 광각 현상이 발생할 수 있다.
이러한 경우, 엑스선 영상을 찍을 때, 초점(focal spot) 크기를 크게하거나 물체 배율(즉, 확대도)을 크게하여 표본 스펙트럼을 흐리게(smoothing) 함(또는 대역을 제한함, Band-limited)으로써 도 4의 (b)와 같이 광각 현상을 억제시킬 수 있다. 달리 말해, 초점(focal spot) 크기를 크게하거나 물체 배율(즉, 확대도)을 크게함으로써, 격자에 의해 변조된 표본 영상에서의 스펙트럼과 대역이 제한된 표본 스펙트럼 간에 겹침 없이 스펙트럼 분리(Spectral separation)가 이루어지도록 하여 광각 현상을 억제시킬 수 있다.
이하에서는 앞서 설명된 내용을 기반으로 하여, 본원의 일 실시예에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 구체적으로, 이하에서는 단일 원영상으로부터 푸리에 처리법을 사용하여 탄성 산란 신호를 복원하는 단일 격자 기반의 위상차 엑스선 영상화 기법에서 인공물을 효과적으로 제거할 수 있는 본원의 일 실시예에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치의 배치 구조에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
이때, 본원의 일 실시예에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치의 배치 구조에 대한 실행 가능성을 증명하기 위해, 본원의 일 실험예에서는 격자(3)의 경우 일예로 초점형 선형 격자로서 200-lines/inch의 격자 선밀도(grid strip density)를 갖는 선형 격자를 이용하고, 엑스선관(1)의 경우 미소초점 엑스선관(microfocus X-ray tube)으로서 55
Figure 112017127656537-pat00017
의 초점 크기를 갖는 엑스선관을 이용하며, 검출기(4)의 경우 CMOS타입의 평판형 검출기로서 49.5
Figure 112017127656537-pat00018
의 픽셀 크기를 갖는 검출기를 이용할 수 있다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 인공물 제거를 위한 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치(10)(이하 설명의 편의상 '본 장치(10)'라 함)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 장치(10)는 엑스선관(X-ray tube, 1), 표본(Sample, 2), 격자(Grid, 3) 및 검출기(Detector, 4)를 포함할 수 있다.
엑스선관(1)은 엑스선(x-선)을 표본(2)을 향하여 조사할 수 있다.
격자(3)는 표본(2)에 대하여 조사된 엑스선을 투과시킬 수 있다. 격자(3)는 표본(2)의 푸리에 성분에 대한 주파수 변조기 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라, 표본(2)의 위상 정보는 푸리에 처리 기법을 사용하여 복원될 수 있다.
또한, 격자(3)는 선형 격자일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 또한, 격자(3)는 기울어져 배치될 수 있으며, 이에 대한 설명은 후술하여 보다 자세히 설명하기로 한다.
엑스선관(1)과 격자(3)는 표본(2)을 사이에 두고 일직선 상에 거리를 두고 배치될 수 있다.
검출기(4)는 격자(3)로부터 일직선 상에 거리를 두고 배치되어 격자(3)로부터 투과된 표본(2)에 대하여 조사된 엑스선을 검출할 수 있다. 또한, 검출기(4)는 일예로 평판형 검출기일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 장치(10)에서, 엑스선관(1)과 표본(2) 사이의 거리는 제1 거리(d 1 )로 정의되고, 표본(2)과 격자(3) 사이의 거리는 제2 거리(d 2 )로 정의되고, 격자(3)와 검출기(4) 사이의 거리는 제3 거리(d 3 )로 정의될 수 있다.
이때, 본 장치(10)에서 엑스선관(1), 표본(2), 격자(3) 및 검출기(4)는, 제1 거리, 제2 거리 및 제3 거리가 검출기(4)를 통해 검출된 엑스선을 이용하여 생성된 엑스선 영상 내의 인공물이 제거되도록 하는 거리로 설정되도록 배치될 수 있다. 즉, 본 장치(10)에서 엑스선관(1), 표본(2), 격자(3) 및 검출기(4)는, 엑스선 영상 내의 인공물이 제거될 수 있도록 하는 제1 거리 내지 제3 거리를 갖도록 배치될 수 있다.
구체적으로, 효과적인 인공물 제거를 위한 본 장치(10)의 제1 배치 조건으로는, 첫번째 조화 최대치(first harmonic peak, 달리 표현하여 첫번째 고조파 피크)가 충분히 샘플링될 수 있도록, 검출기(4)의 픽셀 크기 a가 검출기(4)의 표면에 나타나는 격자의 간격 p 0 (달리 말해, 격자 그림자의 주기 p)의 1/3보다 크지 않도록 설정될 수 있다. 이에 따라, 제1 거리, 제2 거리 및 제3 거리는 하기 수학식 4를 만족하도록 설정될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112017127656537-pat00019
여기서, a는 검출기(4)의 픽셀 크기를 나타낸다. p 0는 격자(3)의 간격(달리 말해, 격자 그림자의 주기 p)을 나타낸다. d 1은 엑스선관(1)과 표본(2) 사이의 거리인 제1 거리, d 2 는 표본(2)과 격자(3) 사이의 거리인 제2 거리, d 3은 격자(3)와 검출기(4) 사이의 거리인 제3 거리를 나타낸다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치에서 일예로 제3 거리가 55 cm로 고정되어 있을 때 격자 선밀도(Grid strip density)의 함수(달리 말해 격자 주파수의 함수)로 표현되는 임계 픽셀크기에 대한 이론적인 곡선(theoretical curve)을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 장치(10)에서는 일예로, 제1 거리 내지 제3 거리의 합(즉, d 1+d 2+d 3)이 100cm로 설정되고, 제3 거리가 55cm로 설정될 수 있다.
이때, 본원의 일 실험예에서 적용되는 200-lines/inch의 격자 선밀도를 갖는 격자(3)를 이용하기 위해, 상기 수학식 4를 만족하는 최대 검출기의 픽셀 크기는 94
Figure 112017127656537-pat00020
일 수 있다. 다시 말해, 200-lines/inch의 격자 선밀도를 갖는 격자(3)의 적용을 위한 최대 검출기의 픽셀 크기(Threshold pixel size for a 200-lines/inch grid)는 94
Figure 112017127656537-pat00021
일 수 있다. 한편, 본원의 일 실험예에서는 일예로 상기의 수학식 4의 조건을 충족시키는 49.5
Figure 112017127656537-pat00022
의 픽셀 크기를 갖는 검출기(4)가 이용될 수 있다.
또한, 효과적인 인공물 제거를 위한 본 장치(10)의 제2 배치 조건으로는 검출기(4)에서 격자(3)가 명확하게 보일 수 있도록, 엑스선관(1)의 초첨 크기(s 0)에 의해 흐려지는(blurring) 격자(달리 말해, 엑스선관의 초점 크기에 의한 격자의 흐려짐)는 격자 그림자의 주기보다 작게 설정될 수 있다. 달리 표현하여, 격자(3)의 간격과 초점 크기의 비율(
Figure 112017127656537-pat00023
)은 검출기에서 격자가 명확하게 보이도록 하기 위해 격자의 간격보다 작도록 설정될 수 있다. 이에 따라, 제1 거리, 제2 거리 및 제3 거리는 하기 수학식 5를 만족하도록 설정될 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112017127656537-pat00024
여기서,
Figure 112017127656537-pat00025
는 격자(3)의 간격(p 0)과 엑스선관(1)의 초점 크기(s 0)의 비율을 나타내고, d 1은 제1 거리, d 2 는 제2 거리, d 3은 제3 거리를 나타낸다.
한편, 앞서 설명한 광각 현상은 표본 확대도(달리 표현하여, 물체의 확대도)가 하기 수학식 6과 같이 충분히 클 때 억제될 수 있으며, 이는 하기 수학식 7의 조건으로 이어질 수 있다. 여기서, 표본 확대도가 충분히 크다는 것은 표본(2)이 엑스선관(1)과 검출기(4) 사이에서 가능한한 엑스선관(1)에 가까이 위치하도록 배치되어 1 거리가 짧게 설정됨을 의미할 수 있다.
달리 말해, 광각 현상의 억제를 위해, 본 장치(10)에서는 격자의 간격과 초점 크기의 비율이 제1 거리에 따른 표본 확대도를 고려하여 하기 수학식 7을 만족하도록 설정될 수 있으며, 이때 표본 확대도는 하기 수학식 6을 만족하도록 설정될 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112017127656537-pat00026
여기서, M object 는 표본 확대도(달리 말해, 물체의 확대도)를 나타내고, s 0는 엑스선관의 초점 크기를 나타내고, p는 격자 그림자의 주기(달리 말해, 격자의 간격 p 0)를 나타낸다. 또한, d 1은 제1 거리, d 2 는 제2 거리, d 3은 제3 거리를 나타낸다.
[수학식 7]
Figure 112017127656537-pat00027
여기서,
Figure 112017127656537-pat00028
는 격자(3)의 간격(p 0)과 엑스선관(1)의 초점 크기(s 0)의 비율을 나타내고, d 1은 제1 거리, d 2 는 제2 거리, d 3은 제3 거리를 나타낸다.
이에 따르면, 상기의 수학식 5 및 상기의 수학식 7에 의하여 격자(3)의 간격과 엑스선관(1)의 초점 크기의 비율(
Figure 112017127656537-pat00029
)의 상한 값과 하한 값이 설정될 수 있다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치에서 일예로 제3 거리가 55 cm로 고정되어 있을 때 제1 거리의 함수로 표현되는 격자의 간격과 엑스선관의 초점 크기의 비율(s 0/p 0)의 허용 범위(zone of tolerance)를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본원의 일 실험예에서는 격자의 간격과 엑스선관의 초점 크기의 비율(s 0/p 0)로 0.43이 적용될 수 있으며, 주어진 비율 0.43에 대하여 제1 거리인 d 1은 상기 수학식 5와 수학식 7을 만족시키기 위해 16.3cm 보다 크지 않도록 설정될 수 있다.
이에 따르면, 본 장치(10)는 상기의 제1 배치 조건으로 하여금 첫번째 조화 최대치가 충분히 샘플링될 수 있도록 할 수 있고, 상기의 제2 배치 조건으로 하여금 검출기(4)에서 격자(3)가 명확하게 보일 수 있도록 할 수 있다. 또한 본 장치(10)는 엑스선관(1), 표본(2), 격자(3) 및 검출기(4)를 상기의 수학식 4 내지 수학식 7의 조건을 만족하도록 하는 제1 거리 내지 제3 거리로 배치함으로써, 인공물 중 하나인 광각 현상이 제거된 영상의 획득을 가능케할 수 있다.
한편, 모아레 무늬는 이론적으로 격자 그림자와 검출기의 주파수가 정확하게 일치할 때 영상에서 제거될 수 있다. 그러나, 실제로는 격자 구조의 제조 공차로 인해 격자 그림자와 검출기의 주파수를 정확하게 일치하도록 하는 것이 거의 불가능하다고 할 수 있다. 이를 고려하여, 본 장치(10)에서는 격자(3)를 특정 각도로 기울여 놓음으로써, 모아레 무늬가 첫번째 조화 최대치에서 효과적으로 분리되도록 할 수 있다.
즉, 본 장치(10)에서 격자(3)는 모아레 무늬가 첫번째 조화 최대치에서 효과적으로 분리되도록, 소정의 각도를 갖도록 기울어져 배치될 수 있다. 이때, 격자(3)는 일예로 도 5를 기준으로 엑스선관(1)과 마주하는 격자(3)에 대하여 일예로 우측 방향으로 소정의 각도를 갖도록 기울어져 배치될 수 있다. 여기서, 소정의 각도는 일예로 20° 내지 30° 중 어느 하나의 각도를 의미할 수 있다. 다만, 소정의 각도는 27.8°로 설정됨이 바람직하다.
이러한 본원의 일 실시예에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치의 배치 구조에 대한 실행 가능성을 증명하기 위해, 앞서 말한 바와 같이, 본원의 일 실험예에서는 일예로 55
Figure 112017127656537-pat00030
의 초점 크기를 갖는 엑스선관(1), 200-lines/inch의 격자 선밀도를 갖는 격자(3), 49.5
Figure 112017127656537-pat00031
의 픽셀 크기를 갖는 CMOS타입의 평판형 검출기(4)가 적용될 수 있다. 또한, 본원의 일 실험예에서는 제1 거리, 제2 거리 및 제3 거리는 각각 15 cm, 30 cm 및 55 cm로 설정될 수 있다. 또한, 엑스선관(1)과 검출기(4) 사이 거리는 100cm로 설정될 수 있다. 또한, 본원의 일 실험예에서 사용된 엑스선관(1)은 20 kVp, 1 mAs의 조건으로 설정될 수 있다.
도 8은 본원의 일 실험예에서 사용된 엑스선 격자(3)의 개략도(a)와 실제 엑스선 격자(3)의 사진(b)을 나타낸 도면이다.
도 8의 (a)를 참조하면, 본원의 일 실험예에서 사용된 200-lines/inch의 격자 선밀도를 갖는 격자(3)는 납 또는 리드 선(lead strip)의 두께인 d가 25
Figure 112017127656537-pat00032
이고, 격자 공간의 두께(또는 간격)인 D가 102
Figure 112017127656537-pat00033
이고, 격자 판의 높이인 h가 510
Figure 112017127656537-pat00034
일 수 있다. 이에 따라, 격자의 간격 p 0는 d+D로 인해 127
Figure 112017127656537-pat00035
일 수 있다. 또한, 본원의 일 실험예에서 사용된 격자는 f=60cm의 초점거리와 5:1의 격자 비율을 가질 수 있다.
도 8의 (b)를 참조하면, 본원의 일 실험예에서 사용된 격자(3)는 일예로 탄소-섬유 판과 함께 정밀한 톱질 공정으로 제조될 수 있다. 또한, 본원의 일 실험예에서 사용된 격자(3)는, 제조과정에서 약 30,000 rpm으로 회전하는 마이크로컨트롤 다이아몬드 블레이드로 정확하게 정렬된 그루브를 생산하고, 액체상태의 납 화합물을 그루브에 부음으로써 제조된 정확한 격자 선(grid strips)을 갖는 격자일 수 있다.
도 9는 수평 격자(즉,
Figure 112017127656537-pat00036
=0°)와 함께 20kVP에서 촬영한 멸치(anchovy)의 원시 영상(top image)과 기울어져 있는 격자(즉,
Figure 112017127656537-pat00037
=27.8°)와 함께 촬영된 원시 영상(bottom image)을 나타낸다. 도 9에서 우측의 도면은 좌측의 A영역에 대하여 확대된 영상을 나타낸다.
도 9를 참조하면, 수평 격자와 함께 촬영된 원시 영상에서는 출판 그림의 크기를 줄이기 위한 서브 샘플링으로 인해 화면에 모아레가 나타남을 확인할 수 있다. 반면, 기울어진 격자와 함께 촬영된 영상에서는 격자 그림자가 화면에 모아레 없이 선명하게 나타남을 확인할 수 있다.
도 10은 수평 격자와 기울어진 격자를 갖는 도 9의 원시 영상(raw images) 각각의 2차원(2D) 푸리에 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 푸리에 스펙트럼은 격자 주파수의 여러 고조파(harmonics)와 그에 해당하는 모아레 성분을 포함한다. 도 10에서 화살표로 지시된 대칭 임펄스 형 버스트(symmetric impulse-like bursts)는 모아레 무늬의 가까운 주기성의 결과라 할 수 있다. 도 10에 따르면, 기울어진 격자의 경우에는 선택된 윈도우(Window of a band-pass filter, 밴드패스 필터가 적용된 윈도우) 영역으로부터 모아레 성분이 잘 분리되는 반면, 수평 격자의 경우에는 선택된 윈도우 영역으로부터 모아레 성분이 잘 분리되지 않음을 확인할 수 있다.
도 11은 수평 격자(top image)와 기울어진 격자(bottom image)가 적용된 멸치의 원시 영상으로부터 검색된 PCXI 결과의 전체 세트로서, 흡수(absorption), 산란(scattering) 및 미분 위상차(differential phase-contrast) 영상을 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 도 11에서는 엑스선관으로부터 표본까지의 거리인 d 1은 15cm, 표본으로부터 격자까지의 거리인 d 2는 30cm, 격자로부터 검출기까지의 거리인 d 3는 55cm로 설정되어 있고, s0/p0의 비율로서 사용된 s0/p0 = 55
Figure 112017127656537-pat00038
/127
Figure 112017127656537-pat00039
Figure 112017127656537-pat00040
0.43 는 도 7에 도시된 바와 같이 허용 범위에 속할 수 있다.
도 11의 상단 도면을 참조하면, 수평 격자의 경우에는 모아레 성분이 분리된 첫번째 조화 최대치(달리 말해, 첫번째 고조파 피크)에 여전히 포함되어 있기 때문에(도 10의 (a) 참조), 산란 및 미분 위상차 영상에서 모두 관계없는 결과가 획득됨을 확인할 수 있다.
이에 반해, 도 11의 하단 도면을 참조하면, 기울어진 격자의 경우에는 모아레 성분이 분리된 첫번째 조화 최대치로부터 잘 분리되기 때문에(도 10의 (b) 참조), 이러한 인공물이 기울어진 격자로 하여금 효과적으로 제거될 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 도 11의 하단 도면을 참조하면, 멸치의 장(intestines)이 흡수 영상에 비해 산란 영상에서 뚜렷하게 나타남을 확인할 수 있다.
엑스선 산란 방사선 촬영(x-ray scattering radiography)은 공기-조직 경계면(air-tissue interfaces)에서 엑스선의 작은 각의 산란을 시각화하기 때문에, 다른 구조물보다 공기-조직 경계면이 감소하고 결합 조직에 의해 대체되고 파괴된 멸치의 장에서 엑스선 산란이 더 강하게 감소될 수 있다. 이는 멸치의 장의 대조도를 증가시킨다는 긍정적인 결과를 보인다.
도 12는 제1 거리의 변화에 따라 획득된 흡수(absorption) 영상(왼쪽), 산란(scattering) 영상(가운데) 및 미분 위상차(differential phase-contrast) 영상(오른쪽) 각각의 특성을 나타낸 도면이다. 이때, 도 12에서는 제1 거리인 d 1이 각각 10cm, 15cm, 20cm 및 35cm 일 때 획득된 세 가지 특성의 이미지가 도시되어 있다.
여기서, 앞서 설명된 도 7을 참조한 설명에 기초하여 보면, 제1 거리가 10cm일 때와 15cm일 때의 본 장치(10)의 레이아웃은 허용 영역에 속해 있다고 볼 수 있는 반면, 20cm 및 35cm일 때에는 허용 영역에 속해있지 않다고 볼 수 있다.
도 12를 참조하면, 제1 거리가 20cm이고 35cm 일 때 획득된 산란 영상과 미분 위상차 영상에서 특히 멸치 구조물의 가장자리는 인접 조화 최대치(adjacent harmonic peaks)의 스펙트럼 중첩으로 인해 제1 거리와 함께 더욱 심각하게 손상되었으며, 그 중 대부분은 분리된 첫번째 조화 피크(또는 1차 고조파 피크)의 고주파 성분임을 확인할 수 있다.
이에 반해, 흡수 영상은 격자 변조를 포함하지 않는 주 최대치(primary peaks)로부터 검색되기 때문에, 제1 거리에 의해 확실히 영향을 받지 않음을 확인할 수 있다. 이러한 도 12에 의하면, 본원의 일 실험예에 따른 실험 결과가 이론적인 예측과 잘 일치함을 확인할 수 있다.
도 13은 단독 흡수 영상(a) 및 흡수 영상과 착색 산란 영상을 결합함으로써 획득된 융합 영상(즉, 흡수+산란)(b) 간의 특성을 비교하기 위한 도면이다.
도 13을 참조하면, 흡수 및 작은 각의 산란 현상의 영향은 원칙적으로 상이하기 때문에, 도 13에 도시된 융합 영상은 기존 방사선 촬영의 영상보다 기존 표본에 대해 훨씬 더 풍부한 정보를 제공할 수 있는 상보적인 대조 매커니즘으로서 사용될 수 있다.
한편, 본원의 일 실시예에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 시스템은, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치(10) 및 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치(10)에 의하여 검출된 엑스선을 이용하여 생성된 엑스선 영상을 출력하는 영상 출력 장치를 포함할 수 있다.
이때, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치는 앞서 설명한 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치(10)와 동일한 장치를 의미하므로, 이하 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 영상 출력 장치는 일예로 데스크탑 PC, 모니터, 휴대 단말기기 등의 장치를 의미할 수 있으며, 이에만 한정되는 것은 아니고 다양한 영상 출력 장치가 적용될 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 방법은, 앞서 설명한 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치(10)에서 엑스선을 조사하는 엑스선관과 격자를 표본을 사이에 두고 일직선 상에 거리를 두고 배치하고, 격자로부터 일직선 상에 거리를 두고 검출기를 배치하는 단계(step 1), 엑스선관을 통해 표본에 대하여 엑스선을 조사하는 단계(step 2) 및 격자로부터 투과된 표본에 대하여 조사된 엑스선을 검출기를 통해 검출하는 단계(step 3)를 포함할 수 있다.
또한, 배치하는 단계(step 1)에서는, 엑스선관, 표본, 격자 및 검출기가, 엑스선관과 표본 사이의 제1 거리, 표본과 격자 사이의 제2 거리 및 격자와 검출기 사이의 제3 거리가 검출기를 통해 검출된 엑스선을 이용하여 생성된 엑스선 영상 내의 인공물이 제거되도록 하는 거리로 설정되도록 배치될 수 있다.
이때, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치는 앞서 설명한 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치(10)와 동일한 장치를 의미하므로, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치(10)에 대하여 설명된 내용은 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 방법에 대한 설명에도 동일하게 적용될 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치
1: 엑스선관
2: 표본
3: 격자
4: 검출기

Claims (10)

  1. 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치에 있어서,
    표본을 사이에 두고 일직선 상에 거리를 두고 배치되는 엑스선을 조사하는 엑스선관과 격자; 및
    상기 격자로부터 일직선 상에 거리를 두고 배치되어 상기 격자로부터 투과된 상기 표본에 대하여 조사된 엑스선을 검출하는 검출기,
    를 포함하고,
    상기 엑스선관, 상기 표본, 상기 격자 및 상기 검출기는,
    상기 엑스선관과 상기 표본 사이의 제1 거리, 상기 표본과 상기 격자 사이의 제2 거리 및 상기 격자와 상기 검출기 사이의 제3 거리가 상기 검출된 엑스선을 이용하여 생성된 엑스선 영상 내의 인공물이 제거되도록 하는 거리로 설정되도록 배치되고,
    상기 제1 거리, 상기 제2 거리 및 상기 제3 거리는 상기 격자의 간격과 초점 크기의 비율을 고려하여 설정되고, 상기 격자의 간격과 초점 크기의 비율은 상기 제1거리에 따른 표본 확대도를 고려하여 설정되며,
    상기 표본 확대도는 하기 수학식 1을 만족하도록 설정되고,
    [수학식 1]
    Figure 112019054025998-pat00058

    여기서, Mobject 는 표본 확대도, p는 격자 그림자의 주기, s 0는 초점 크기, d 1은 제1 거리, d 2 는 제2 거리, d 3 는 제3 거리를 나타내는 것인, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 격자는 선형 격자이고, 기울어져 배치되는 것인, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 검출기는 평판형 검출기이고,
    상기 검출기의 픽셀 크기는 상기 검출기의 표면에 나타나는 상기 격자의 간격의 1/3보다 크지 않도록 설정되는 것인, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 거리, 상기 제2 거리 및 상기 제3 거리는 하기 수학식 2를 만족하도록 설정되는 것인, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치;
    [수학식 2]
    Figure 112019054025998-pat00041

    여기서, a는 검출기의 픽셀 크기, p 0는 격자의 간격, d 1은 제1 거리, d 2 는 제2 거리, d 3은 제3 거리를 나타냄.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 거리, 상기 제2 거리 및 상기 제3 거리는 하기 수학식 3을 만족하도록 설정되는 것인, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치;
    [수학식 3]
    Figure 112019054025998-pat00042

    여기서, s 0는 초점 크기, p 0는 격자의 간격, d1 은 제1 거리, d2 는 제2 거리, d3 는 제3 거리를 나타냄.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 격자의 간격과 초점 크기의 비율은 상기 제1 거리에 따른 표본 확대도를 고려하여 하기 수학식 4를 만족하도록 설정되는 것인, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치;
    [수학식 4]
    Figure 112019054025998-pat00043

    여기서, s 0는 초점 크기, p 0는 격자의 간격, d 1은 제1 거리, d 2 는 제2 거리, d 3 는 제3 거리를 나타냄.
  8. 삭제
  9. 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 시스템에 있어서,
    제1항의 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치; 및
    상기 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치에 의하여 검출된 엑스선을 이용하여 생성된 영상을 출력하는 영상 출력 장치,
    를 포함하는 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 시스템.
  10. 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 방법에 있어서,
    제1항의 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치에서 엑스선을 조사하는 엑스선관과 격자를 표본을 사이에 두고 일직선 상에 거리를 두고 배치하고, 상기 격자로부터 일직선 상에 거리를 두고 검출기를 배치하는 단계;
    상기 표본에 대하여 엑스선을 조사하는 단계; 및
    상기 격자로부터 투과된 상기 표본에 대하여 조사된 엑스선을 검출하는 단계,
    를 포함하고,
    상기 배치하는 단계에서는,
    상기 엑스선관, 상기 표본, 상기 격자 및 상기 검출기가 상기 엑스선관과 상기 표본 사이의 제1 거리, 상기 표본과 상기 격자 사이의 제2 거리 및 상기 격자와 상기 검출기 사이의 제3 거리가 상기 검출기를 통해 검출된 엑스선을 이용하여 생성된 엑스선 영상 내의 인공물이 제거되도록 하는 거리로 설정되도록 배치되는 것인, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 방법.
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